数据结构-二叉树、完全二叉树、森林等(基础讲解)
1、基本術語:
度:有兩種度“結點的度”與“樹的度”。結點的度指的是一個結點子樹的個數;樹的度是指樹中結點度的最大值。
葉子結點:指的是沒有子樹的結點。
層:樹是有層次的,一般根結點為第0層。規定根結點到某結點的路徑長度為該結點的層數。
深度:樹中結點的最大層數
兄弟:同一雙親的結點,互為兄弟
堂兄弟:雙親在同一層次的結點,互為堂兄弟
祖先:從根結點到該結點的路徑上的所有結點都是該結點的祖先。
子孫:以某一結點為根的子樹上的所有結點都是該結點的子孫
森林:n棵互不相交的樹
2、二叉樹:
不同于樹,結點的度<=2,而且子樹有左右之分,如下圖:
編號規則為從左到右、從上到下,如下圖:
性質1:位于第i層的結點個數不大于2的i次方。
性質2:二叉樹的深度為n,二叉樹總的結點個數不大于2的n+1次方減去1。
性質3:葉子節點個數 = 度為2的結點個數 + 1
滿二叉樹:除了最底層的結點外,其余結點的度均為2,如下圖
完全二叉樹:
官方定義:若設二叉樹的深度為h,除第 h 層外,其它各層 (1~h-1) 的結點數都達到最大個數,第 h 層所有的結點都連續集中在最左邊,這就是完全二叉樹
(1)所有的葉結點都出現在第k層或k-l層(層次最大的兩層)
(2)對任一結點,如果其右子樹的最大層次為L,則其左子樹的最大層次為L或L+l。
一棵二叉樹至多只有最下面的兩層上的結點的度數可以小于2,并且最下層上的結點都集中在該層最左邊的若干位置上,則此二叉樹成為完全二叉樹,并且最下層上的結點都集中在該層最左邊的若干位置上,而在最后一層上,右邊的若干結點缺失的二叉樹,則此二叉樹成為完全二叉樹。
性質1:編號為i的結點的雙親編號為i/2,結果取整
性質2:編號為i的結點的左孩子編號為2i,右孩子編號為2i+1
性質3:完全二叉樹的結點總數為n,則該完全二叉樹的高為log以2為底求n的對數,結果取整
二叉樹的實現:
順序存儲:
對于完全二叉樹和滿二叉樹可以利用完全二叉樹的性質2來定位雙親和孩子的位置。如下圖:
對于一般的二叉樹,采取補值的方法將二叉樹補成完全二叉樹,再利用完全二叉樹的順序存儲方式。
鏈式存儲:
結點包含3個值:數據域、指向左子樹的指針、指向右子樹的指針
二叉樹的遍歷:
先根遍歷:DLR 首先訪問根結點然后遍歷左子樹,最后遍歷右子樹。在遍歷左、右子樹時,仍然先訪問根結點,然后遍歷左子樹,最后遍歷右子樹。
中根遍歷:LDR 首先遍歷左子樹然后訪問根結點,最后遍歷右子樹。在遍歷左、右子樹時,仍然先遍歷左子樹,然后訪問根結點,最后遍歷右子樹。
后根遍歷:LRD 首先遍歷左子樹然后遍歷右子樹,最后訪問根結點。在遍歷左、右子樹時,仍然先遍歷左子樹,然后遍歷右子樹,最后訪問根結點。
樹如何轉換成二叉樹?
步驟1:僅保留最左邊孩子與根節點的連線,并連接兄弟結點。如下圖,B是A最左邊的孩子,所以保留A與B的連線,斷開A與C,A與D的連線。B、C、D是兄弟,所以將BCD連接起來。對于以B、C、D為根的子樹仍然按照這樣的規則轉換。
步驟2:左子樹順時針旋轉45度,便得到了轉換后的二叉樹
二叉樹如何轉換成樹?
步驟1:與樹轉換成二叉樹的步驟相反,左子樹逆時針旋轉45度
步驟2:斷開兄弟之間的連線,連接雙親。
森林如何轉換成二叉樹?
步驟1:每棵樹都先轉換為二叉樹
步驟2:以第一棵樹的根結點為根結點,將根結點依次連接起來
步驟3:按照根結點順時針旋轉45度
二叉樹如何轉換成森林?
步驟1:斷開根結點與右子樹的連線,對于右子樹仍然按照規定斷開與右子樹的連線。這樣得到多個二叉樹
步驟2:將每棵二叉樹轉換為樹
總結
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