数据结构与算法-树论基础二叉树

news2024/11/23 3:35:37

大家来看以下几个结构:下图中的结构除了一颗不是树其余的都是,我们可以发现这个跟我们现实生活的树是不是非常相似.

在树形结构里面有几个重要的术语:

1.结点:树里面的元素。

2.父子关系:结点之间相连的边

3.子树:当结点大于1时,其余的结点分为的互不相交的集合称为子树

4.度:一个结点拥有的子树数量称为结点的度

5.叶子:度为0的结点

6.孩子:结点的子树的根称为孩子结点

7.双亲:和孩子结点对应

8.兄弟:同一个双亲结点

9.森林:由N个互不相交的树构成深林

在树形结构里面有几个重要的术语:

结点的高度:结点到叶子结点的最长路径

结点的深度:根结点到该结点的边个数

结点的层数:结点的深度加1

树的高度:根结点的高度

常见的二叉树:平衡二叉树 二叉查找树 红黑树 完全二叉树:(堆排序;大顶堆,小顶堆) 满二叉树

常见的N叉树:B树(B-Tree,B+Tree)

在树形结构中最重要的就是二叉树,很多经典的算法与数据结构其实都是通过二叉树发展而来。        

        Binary Tree:一种特殊的树形结构,每个节点至多只有两颗子树。

        在二叉树的第N层上至多有2^(N-1)个结点。最多有2^N-1个结点个数。

        满二叉树:除叶子结点外,每个结点都有左右两个子结点。

        完全二叉树:除最后一层外,其他的结点个数必须达到最大,并且最后一层结点都连续靠左排列。

思考?为什么要分满二叉树和完全二叉树呢?因为通过定义可以看出,完全二叉树只是满二叉树里面的一个子集

要想清楚上面那个问题我们要从树形结构的存储开始:

        基于数组存储:利用数组下标。假设A为i,则B=2*i,C=2*i+1,依次类推 但是假如是下面第二图这种情况,用数组存储会发生什么情况?

        答:你会发现如果用数组来存储的话会浪费很多空间,那怎么办呢?大家最先想到的肯定是链表,对的, 是要借用链表来实现,但是数组的性能是高效的,也不需要开额外的指针,所以如果是一课完全 二叉树的话我们就可以用数组来实现因为可以使用数组下标和结点对应,如上图。如果不是完全二叉树的话如果缺失左叶子,只有右叶子的话数组存储会浪费空间。这也是为什么还要分一个完全二叉树出来的根本原因。 后面的堆还会在来看这个结构。

四种遍历方式: 

        重要口诀:根节点输出!子树

        前序:根 左 右

        中序:左 根 右 BDCAEHGKF

        后序:左 右 根  DCBHKGFEA

注意:每次遍历从根结点开始算,然后将根下方的看成一个子树,然后按照口诀根输出遍历,遇到根输出就行!

代码实现树

package tree;

class MyTreeNode{
	
	private char data;
	private MyTreeNode left;
	private MyTreeNode right;

	public MyTreeNode(char data, MyTreeNode left, MyTreeNode right) {
		super();
		this.setData(data);
		this.setLeft(left);
		this.setRight(right);
	}
	public char getData() {
		return data;
	}
	public void setData(char data) {
		this.data = data;
	}
	public MyTreeNode getLeft() {
		return left;
	}
	public void setLeft(MyTreeNode left) {
		this.left = left;
	}
	public MyTreeNode getRight() {
		return right;
	}
	public void setRight(MyTreeNode right) {
		this.right = right;
	}
	
}

public class BinaryTree {
	
	public static void main(String[] args) {
		MyTreeNode D = new MyTreeNode('D', null, null);
		MyTreeNode H = new MyTreeNode('H', null, null);
		MyTreeNode K = new MyTreeNode('K', null, null);
		MyTreeNode C = new MyTreeNode('C', D, null);
		MyTreeNode G = new MyTreeNode('G', H, K);
		MyTreeNode B = new MyTreeNode('B', null, C);
		MyTreeNode F = new MyTreeNode('F', G, null);
		MyTreeNode E = new MyTreeNode('E', null, F);
		MyTreeNode A = new MyTreeNode('A', B, E);
		
		BinaryTree binaryTree = new BinaryTree();
		System.out.println("前");
		binaryTree.pre(A);
		System.out.println();
		System.out.println("中");
		binaryTree.in(A);
		System.out.println();
		System.out.println("后");
		binaryTree.post(A);
		
	}
	
	public void print(MyTreeNode node){
		System.out.print(node.getData());
	}
	
	public void pre(MyTreeNode root){		//前序遍历 根(输出) 左 右 时间复杂度?O(n) N^2 O(2*n)=>O(n);
		print(root);
		if(root.getLeft() != null){
			pre(root.getLeft());	//认为是子树,分解子问题;
		}
		if(root.getRight() != null){
			pre(root.getRight());
		}
	}
	
	public void in(MyTreeNode root){		//中序遍历  左 根(输出)  右
		if(root.getLeft() != null){
			in(root.getLeft());	//认为是子树,分解子问题;
		}
		print(root);
		if(root.getRight() != null){
			in(root.getRight());
		}
	}
	
	public void post(MyTreeNode root){		//后序遍历  左  右 根(输出) 
		if(root.getLeft() != null){
			post(root.getLeft());	//认为是子树,分解子问题;
		}
		if(root.getRight() != null){
			post(root.getRight());
		}
		print(root);
	}
}

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