【数据结构】二叉树——链式结构(上)

简介: 【数据结构】二叉树——链式结构(上)

一、前置声明

二叉树是: 1. 空树 2. 非空:根节点,根节点的左子树、根节点的右子树组成的。

二叉树定义是递归式的,因此后序基本操作中基本都是按照该概念实现的。

普通二叉树的增删查改是没有价值的,如果是为了单纯的存储数据,不如使用线性表。

二、二叉树的遍历

遍历方法:前序遍历、中序遍历、后序遍历和层序遍历

(1)先序遍历(也叫作先根遍历):(根、左子树、右子树)上图:首先遍历1(根),然后遍历1的左子树2,接着遍历2的左子树3,然后比遍历3的左子树NULL,然后3的右子树NULL;然后遍历2的右子树NULL;在接着遍历1的右子树4,然后遍历4的左子树5,再然后遍历5的左子树NULL,然后5的右子树NULL;接着遍历4的右子树6,最后遍历6的左子树NULL,然后6的右子树。即1->2->3->NULL->NULL->NULL->4->5->NULL->NULL->6->NULL->NULL  【颜色依次是根、左子树、右子树】

(2)中序遍历(中根遍历):(左子树、根节点、右子树)即:对于3来说,NULL->3->NULL,对于2来说NULL->3->NULL->2->NULL;对于1来说,NULL->3->NULL->2->NULL->1->NULL->5->NULL->4->NULL->6->NULL   【想访问1,就要先访问1的左子树2,想访问2,就要先访问2的左子树3,想访问3,就要先访问3的左子树NULL】

(3)后序遍历(后根遍历):(左子树、右子树、根子树):即:NULL->NULL->3->NULL->2->NULL->NULL->5->NULL->NULL>6->4->1

(4)层序遍历(一层一层的)(不需要递归):即:1->2->4->3->5->6

2.1 前序、中序以及后序遍历

 二叉树遍历 (Traversal) 是按照某种特定的规则,依次对二叉 树中的节点进行相应的操作,并且每个节点只操作一次。

前序/中序/后序的递归结构遍历:

1.前序遍历 (Preorder Traversal 亦称先序遍历 )—— 访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之前。

2. 中序遍历 (Inorder Traversal)—— 访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之中(间)。

3. 后序遍历 (Postorder Traversal)—— 访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之后。

前序遍历结果: 1 2 3 4 5 6

中序遍历结果: 3 2 1 5 4 6

后序遍历结果: 3 2 5 6 4 1

代码:

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <assert.h>
4. 
5. typedef int BTDataType;
6. 
7. typedef struct BinaryTreeNode
8. {
9.  struct BinaryTreeNode* left;
10.   struct BinaryTreeNode* right;
11.   BTDataType data;
12. }BTNode;
13. 
14. BTNode* BuyBTNode(BTDataType x)
15. {
16.   BTNode* node = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
17.   if (node == NULL)
18.   {
19.     printf("malloc fail\n");
20.     exit(-1);
21.   }
22.   node->left = node->right = NULL;
23.   node->data = x;
24.   return node;
25. }
26. 
27. BTNode* CreatBinaryTree()
28. {
29.   BTNode* node1 = BuyBTNode(1);
30.   BTNode* node2 = BuyBTNode(2);
31.   BTNode* node3 = BuyBTNode(3);
32.   BTNode* node4 = BuyBTNode(4);
33.   BTNode* node5 = BuyBTNode(5);
34.   BTNode* node6 = BuyBTNode(6);
35. 
36.   node1->left = node2;
37.   node1->right = node4;
38.   node2->left = node3;
39.   node4->left = node5;
40.   node4->right = node6;
41.   return node1;
42. }
43. //根 左 右
44. void PrevOrder(BTNode* root)
45. {
46.   if (root == NULL)
47.   {
48.     return;
49.   }
50.   printf("%d ", root->data);
51.   PrevOrder(root->left);
52.   PrevOrder(root->right);
53. }
54. 
55. void InOrder(BTNode* root)
56. {
57.   if (root == NULL)
58.   {
59.     return;
60.   }
61.   InOrder(root->left);
62.   printf("%d ", root->data);
63.   InOrder(root->right);
64. }
65. 
66. void PostOrder(BTNode* root)
67. {
68.   if (root == NULL)
69.   {
70.     return;
71.   }
72.   PostOrder(root->left);
73.   PostOrder(root->right);
74.   printf("%d ", root->data);
75. }
76. 
77. int main()
78. {
79.   BTNode* tree = CreatBinaryTree();
80.   PrevOrder(tree);//前
81.   printf("\n");
82.   InOrder(tree);//中序
83.   printf("\n");
84.   PostOrder(tree);//后序
85.   printf("\n");
86.   return 0;
87. }

2.2 层序遍历

   除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外,还可以对二叉树进行层序遍历。自上而下,自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历。

1. void LevelOrder(BTNode* root)
2. {
3.  Queue q;
4.  QueueInit(&q);
5.  //首先把根进入到队列里面,
6.  if (root != NULL)
7.  {
8.    QueuePush(&q, root);
9.  }
10.   //判断队列是否为空,
11.   while (!QueueEmpty(&q))
12.   {
13.     BTNode* front = QueueFront(&q);
14.     QueuePop(&q);
15.     printf("%d ", front->data);
16.     //出数据的同时,伴随着进数据
17.     if (front->left)
18.     {
19.       QueuePush(&q, front->left);
20.     }
21.     if (front->right)
22.     {
23.       QueuePush(&q, front->right);
24.     }
25.   }
26.   printf("\n");
27.   QueueDestory(&q);
28. }

思想:(1)先把根入队列,借助队列先入先出的性质(2)节点出的时候,把下一层非空的节点进入到队列里面。一边进,一边出。

深度优先遍历(DFS):前序遍历、中序遍历、后序遍历;

广度优先遍历(BFS):层序遍历

前置声明:如果想使用一个结构体,但是这个结构体在后面定义,就可以使用前置声明(和函数声明一样)struct BinaryTreeNode;

三、节点个数以及高度

3.1 节点个数

思想:遍历+计数

代码1:

1. //前序遍历
2. int count = 0;
3. void BTreeSize(BTNode* root)
4. {
5.  if (root == NULL)
6.  {
7.    return;
8.  }
9.  count++;
10.   BTreeSize(root->left);
11.   BTreeSize(root->right);
12. }
1. int main()
2. {
3.     BTNode* tree = CreatBinaryTree();
4.     count = 0;
5.  BTreeSize(tree);
6.  printf("Size = %d", count);
7.  printf("\n");
8.  count = 0;
9.  BTreeSize(tree);
10.   printf("Size = %d", count);
11. }

我们比较容易想到的思路是,把遍历二叉树的printf改成 count++;但是,我们要在每一个栈帧里都创建一个count吗?所以我们可以定义一个全局变量count(代码1),但是这个会有多路线程安全问题。所以最佳的方法是增加一个指针。(代码2)

代码2:

1. void BTreeSize(BTNode* root,int* pcount)
2. {
3.  if (root == NULL)
4.  {
5.    return;
6.  }
7.  (*pcount)++;
8.  BTreeSize(root->left, pcount);
9.  BTreeSize(root->right, pcount);
10. }
1. int main()
2. {
3.  BTNode* tree = CreatBinaryTree();
4.  int count = 0;
5.  BTreeSize(tree, &count);
6.  printf("Size = %d", count);
7.  return 0;
8. }

代码3:

1. int BTreeSize(BTNode* root)
2. {
3.  return root == NULL ? 0 : (BTreeSize(root->left) + BTreeSize(root->right) + 1);
4. }

分治:把复杂的问题,分成更小规模的子问题,子问题再分成更小规模的问题,直到子问题不可再分割,直接能出结果

思路:子问题(1)空树,最小规模子问题,节点个数返回0,(2)非空,左子树节点个数+右子树节点个数+1【自己】【代码3】

即:如果想知道,这个节点的树多少个节点,首先必须知道左子树和右子树的节点个数,然后再加上自己。当这个节点是NULL的时候,返回0即可。

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