【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)

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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

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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

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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)

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2-2双亲表示法

任意一个结点找祖先


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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】

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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)

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