【初阶数据结构】树和二叉树的基本概念和结构(上)

简介: 【初阶数据结构】树和二叉树的基本概念和结构

1.树的概念

学二叉树之前得先学树,后面也有能用到树的知识,比如并查集就是树当中的森林

1-1树的概念

树是一种非线性的数据结构,它是由N(N>=0)个有限结点组成的层次关系的集合,说它是树主要是因为他很像一棵倒挂的树,也就是根在是上,枝叶在下。

5d00c1a8d64e46b8b834d103cb3918af.png A为根结点,根节点没有前驱结点

树是递归定义的,树中最基本的关系就是父子关系,A是B和C的父节点,同时B也是D的父节点。(任何一棵树都可以分为根和子树)

ef651bf386f242e88cc0c0a40c451c88.png

上面两个图都不是树,因为树内部不能出现环,出现环就是我们后面要讲的图

1-2.树中的亲缘关系名词

653f4efb05be41629ad5fbaf4103f430.png


结点的度:一个结点所含子树的个数,比如结点A的度为2

叶子结点或终端结点:度为0的结点,比如结点D,G和E

分支结点或非终端结点:度不为0的结点,比如结点A,B和C

父节点或双亲结点:若一个结点有子节点,那么这个结点就被称为父节点,比如A是B和C的父节点

子节点或孩子结点:同理,比如B和C是A的子节点

兄弟节点:具有相同父节点的结点,比如B和C是兄弟结点(亲兄弟)

堂兄弟结点:父节点都在同一层的结点,比如D和G,E

树的度:一棵树中,最大的结点的度被称为树的度,比如该树的结点是2

结点的层次:从根开始定义,如果规定根为第一层,以此类推(推荐)

备注:如果规定根为第0层,以此类推也行,但数组从0开始时因为偏移量,这里没必要

而且如果一个如果要表示空树,显然规定根为第一层,更能合乎情理表示空树

结点的祖先:从根到该节点的经过分支的所有结点,比如G的祖先是A和C

结点的子孙:以某一个结点为根的子树中的任意一个结点,比如C的子孙是G和E

森林:由m(m>0)棵互不相交的树的集合


2.树的存储方式

2-1兄弟孩子表示法

不那么合适的写法:

由于我们不知道树的结点的度为多少,所以在树的结点定义的时候直接定义有点麻烦

//一:结点的度不知道,我怎么设计呐?
struct TreeNode
{
  int data;
  struct TreeNode* childNode1;
  struct TreeNode* childNode2;
  struct TreeNode* childNode3;
  //...
};
//二:如果明确树的度
//静态顺序表:
#define N 5
struct TreeNode
{
  int data;
  struct TreeNode* childArr[N];
  int childSize;
};
//缺点:但是这是树的度,不是每一个结点的度,会造成数组空间浪费
//三:动态顺序表:
struct TreeNode
{
  int data;
  struct TreeNode** childArr;
  int childSize;
};

最合适的写法:

兄弟孩子表示法

e982d7869aac473a8d69898b76744894.png

typedef int DataType;
struct TreeNode
{
  struct TreeNode* firstchild1;//第一个孩子结点
  struct TreeNode* pNextBrother;//指向第一个兄弟结点
  DataType _data;
};


39a6a8790f3d41e8aabafa02dde9ffeb.png

Linux目录系统结构:(树)

ba1d1e6cc4e9a69519cf05048d3202fd.jpg


2-2双亲表示法

任意一个结点找祖先


6d53edce142c4b1da552f9cb79b676f8.png

e85897139f1349c38d7ceef9d22de988.png

3.满二叉树和完全二叉树

二叉树:度为2的树;二叉树的结点的度只能为0或者2

任何二叉树都是由以下结构复合而成的


e2da95da279f419098acd5c915e54cd8.png

特殊的二叉树:

  1. 满二叉树:每一层都是满的,
    如果有K层,第K层结点个数:2^(K-1)      ;    总结点个数:2^k-1
  2. 完全二叉树:如果有K层,则前K-1层必须是 满的,最后一层满或不满都可以
    K层,结点数量范围是【2^(K-1),2^K-1】

81b6e46f5a6b482197266c20a150baef.png

2173ca9959d84ec584a4d51e2bdaa59b.png

4.二叉树的性质


性质1:在二叉树的第i层上至多有2^(i-1)个结点(数学归纳法或者错位相减法证明)

性质2:深度为i的二叉树至多有2^i-1个结点 (数学归纳法或者错位相减法证明)

性质3:对于任意一棵二叉树,若叶子数为n0,度为2的结点有n2,则n0=n2+1(数学归纳法)

性质4:具有n个结点的完全二叉树必为LogN+1(数学推导证明如下)

f2bfe4498e164506b355388d37975820.png




目录
相关文章
|
存储 算法 Java
算法系列之数据结构-二叉树
树是一种重要的非线性数据结构,广泛应用于各种算法和应用中。本文介绍了树的基本概念、常见类型(如二叉树、满二叉树、完全二叉树、平衡二叉树、B树等)及其在Java中的实现。通过递归方法实现了二叉树的前序、中序、后序和层次遍历,并展示了具体的代码示例和运行结果。掌握树结构有助于提高编程能力,优化算法设计。
426 10
 算法系列之数据结构-二叉树
|
算法 Java
算法系列之数据结构-Huffman树
Huffman树(哈夫曼树)又称最优二叉树,是一种带权路径长度最短的二叉树,常用于信息传输、数据压缩等方面。它的构造基于字符出现的频率,通过将频率较低的字符组合在一起,最终形成一棵树。在Huffman树中,每个叶节点代表一个字符,而每个字符的编码则是从根节点到叶节点的路径所对应的二进制序列。
412 3
 算法系列之数据结构-Huffman树
|
存储 自然语言处理 数据库
【数据结构进阶】AVL树深度剖析 + 实现(附源码)
在深入探讨了AVL树的原理和实现后,我们不难发现,这种数据结构不仅优雅地解决了传统二叉搜索树可能面临的性能退化问题,还通过其独特的平衡机制,确保了在任何情况下都能提供稳定且高效的查找、插入和删除操作。
904 19
|
C++
【C++数据结构——树】二叉树的性质(头歌实践教学平台习题)【合集】
本文档介绍了如何根据二叉树的括号表示串创建二叉树,并计算其结点个数、叶子结点个数、某结点的层次和二叉树的宽度。主要内容包括: 1. **定义二叉树节点结构体**:定义了包含节点值、左子节点指针和右子节点指针的结构体。 2. **实现构建二叉树的函数**:通过解析括号表示串,递归地构建二叉树的各个节点及其子树。 3. **使用示例**:展示了如何调用 `buildTree` 函数构建二叉树并进行简单验证。 4. **计算二叉树属性**: - 计算二叉树节点个数。 - 计算二叉树叶子节点个数。 - 计算某节点的层次。 - 计算二叉树的宽度。 最后,提供了测试说明及通关代
262 10
|
C语言
【数据结构】栈和队列(c语言实现)(附源码)
本文介绍了栈和队列两种数据结构。栈是一种只能在一端进行插入和删除操作的线性表,遵循“先进后出”原则;队列则在一端插入、另一端删除,遵循“先进先出”原则。文章详细讲解了栈和队列的结构定义、方法声明及实现,并提供了完整的代码示例。栈和队列在实际应用中非常广泛,如二叉树的层序遍历和快速排序的非递归实现等。
1219 10
|
存储 算法
非递归实现后序遍历时,如何避免栈溢出?
后序遍历的递归实现和非递归实现各有优缺点,在实际应用中需要根据具体的问题需求、二叉树的特点以及性能和空间的限制等因素来选择合适的实现方式。
396 59
|
10月前
|
编译器 C语言 C++
栈区的非法访问导致的死循环(x64)
这段内容主要分析了一段C语言代码在VS2022中形成死循环的原因,涉及栈区内存布局和数组越界问题。代码中`arr[15]`越界访问,修改了变量`i`的值,导致`for`循环条件始终为真,形成死循环。原因是VS2022栈区从低地址到高地址分配内存,`arr`数组与`i`相邻,`arr[15]`恰好覆盖`i`的地址。而在VS2019中,栈区先分配高地址再分配低地址,因此相同代码表现不同。这说明编译器对栈区内存分配顺序的实现差异会导致程序行为不一致,需避免数组越界以确保代码健壮性。
226 0
栈区的非法访问导致的死循环(x64)
|
存储 C语言 C++
【C++数据结构——栈与队列】顺序栈的基本运算(头歌实践教学平台习题)【合集】
本关任务:编写一个程序实现顺序栈的基本运算。开始你的任务吧,祝你成功!​ 相关知识 初始化栈 销毁栈 判断栈是否为空 进栈 出栈 取栈顶元素 1.初始化栈 概念:初始化栈是为栈的使用做准备,包括分配内存空间(如果是动态分配)和设置栈的初始状态。栈有顺序栈和链式栈两种常见形式。对于顺序栈,通常需要定义一个数组来存储栈元素,并设置一个变量来记录栈顶位置;对于链式栈,需要定义节点结构,包含数据域和指针域,同时初始化栈顶指针。 示例(顺序栈): 以下是一个简单的顺序栈初始化示例,假设用C语言实现,栈中存储
919 77
|
10月前
232.用栈实现队列,225. 用队列实现栈
在232题中,通过两个栈(`stIn`和`stOut`)模拟队列的先入先出(FIFO)行为。`push`操作将元素压入`stIn`,`pop`和`peek`操作则通过将`stIn`的元素转移到`stOut`来实现队列的顺序访问。 225题则是利用单个队列(`que`)模拟栈的后入先出(LIFO)特性。通过多次调整队列头部元素的位置,确保弹出顺序符合栈的要求。`top`操作直接返回队列尾部元素,`empty`判断队列是否为空。 两题均仅使用基础数据结构操作,展示了栈与队列之间的转换逻辑。
|
存储 C++ 索引
【C++数据结构——栈与队列】环形队列的基本运算(头歌实践教学平台习题)【合集】
【数据结构——栈与队列】环形队列的基本运算(头歌实践教学平台习题)【合集】初始化队列、销毁队列、判断队列是否为空、进队列、出队列等。本关任务:编写一个程序实现环形队列的基本运算。(6)出队列序列:yzopq2*(5)依次进队列元素:opq2*(6)出队列序列:bcdef。(2)依次进队列元素:abc。(5)依次进队列元素:def。(2)依次进队列元素:xyz。开始你的任务吧,祝你成功!(4)出队一个元素a。(4)出队一个元素x。
533 13
【C++数据结构——栈与队列】环形队列的基本运算(头歌实践教学平台习题)【合集】

热门文章

最新文章