一、树的概念及结构
树是一种非线性的数据结构,它是由n(n>=0)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做树是因为它看起来像一棵倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。
一个节点含有的子树的个数称为该节点的度; 如上图:A的为6
叶节点或终端节点:
度为0的节点称为叶节点; 如上图:B、C、H、I...等节点为叶节点
非终端节点或分支节点:
度不为0的节点; 如上图:D、E、F、G...等节点为分支节点
双亲节点或父节点:
若一个节点含有子节点,则这个节点称为其子节点的父节点; 如上图:A是B的父节点
孩子节点或子节点:
一个节点含有的子树的根节点称为该节点的子节点; 如上图:B是A的孩子节点
兄弟节点:
具有相同父节点的节点互称为兄弟节点; 如上图:B、C是兄弟节点
树的度:
一棵树中,最大的节点的度称为树的度; 如上图:树的度为6
节点的层次:
从根开始定义起,根为第1层,根的子节点为第2层,以此类推;
树的高度或深度:
树中节点的最大层次; 如上图:树的高度为4
堂兄弟节点:
双亲在同一层的节点互为堂兄弟;如上图:H、I互为兄弟节点
节点的祖先:
从根到该节点所经分支上的所有节点;如上图:A是所有节点的祖先
子孙:
以某节点为根的子树中任一节点都称为该节点的子孙。如上图:所有节点都是A的子孙
森林:
由m(m>0)棵互不相交的树的集合称为森林;
二、二叉树的概念
1.什么是二叉树
一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合:
1. 或者为空
2. 由一个根节点加上两棵别称为左子树和右子树的二叉树组成
从上图可以看出:
1.二叉树每个结点的度都小于等于2;
2. 二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒,因此二叉树是有序树;
2.特殊的二叉树
①满二叉树
一个二叉树,如果每一个层的结点数都达到最大值,则这个二叉树就是满二叉树。也就是说,如果一个二叉树的层数为K,且结点总数是2^k-1,则它就是满二叉树。
②完全二叉树
完全二叉树是效率很高的数据结构,完全二叉树是由满二叉树而引出来的。对于深度为K 的,有n个结点的二叉树,当且仅当其每一个结点都与深度为K的满二叉树中编号从1至n的结点一一对应时称之为完全二叉树。 要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉树。
完全二叉树必须满足前N-1层是满二叉树,第N层从左向右是连续的;所以满二叉树一定是完全二叉树,而完全二叉树不一定是满二叉树;
完全二叉树必须满足前N-1层是满二叉树,第N层从左向右是连续的;所以满二叉树一定是完全二叉树,而完全二叉树不一定是满二叉树;
3.二叉树的性质
1. 若规定根节点的层数为1,则一棵非空二叉树的第i层上最多有2^(i-1)个结点.
2. 若规定根节点的层数为1,则深度为h的二叉树的最大结点数是2^h-1;
3. 对任何一棵二叉树, 如果度为0其叶结点个数为 , 度为2的分支结点个数为 ,则有n0=n2+1
4. 若规定根节点的层数为1,具有n个结点的满二叉树的深度,h=log2(n+1)
5. 对于具有n个结点的完全二叉树,如果按照从上至下从左至右的数组顺序对所有节点从0开始编号,则对 于序号为i的结点有:
① 若i>0,i位置节点的双亲序号:(i-1)/2;i=0,i为根节点编号,无双亲节点
② 若2i+1<n,左孩子序号:2i+1,2i+1>=n否则无左孩子
③ 若2i+2<n,右孩子序号:2i+2,2i+2>=n否则无右孩子
4.二叉树的存储结构
二叉树一般可以使用两种结构存储,一种顺序结构,一种链式结构。
1. 顺序存储
顺序结构存储就是使用数组来存储,一般使用数组 只适合表示完全二叉树 ,因为不是完全二叉树会有空 间的浪费。而现实中使用中只有堆才会使用数组来存储,关于堆我们后面的章节会专门讲解。二叉树顺序存储在物理上是一个数组,在逻辑上是一颗二叉树。
2. 链式存储
二叉树的链式存储结构是指,用链表来表示一棵二叉树,即用链来指示元素的逻辑关系。 通常的方法是 链表中每个结点由三个域组成,数据域和左右指针域,左右指针分别用来给出该结点左孩子和右孩子所 在的链结点的存储地址 。链式结构又分为二叉链和三叉链;
三叉链暂时不做介绍,在后期更新进阶数据结构时,再细讲;