【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
|
1天前
|
JSON 前端开发 JavaScript
一文了解树在前端中的应用,掌握数据结构中树的生命线
该文章详细介绍了树这一数据结构在前端开发中的应用,包括树的基本概念、遍历方法(如深度优先遍历、广度优先遍历)以及二叉树的先序、中序、后序遍历,并通过实例代码展示了如何在JavaScript中实现这些遍历算法。此外,文章还探讨了树结构在处理JSON数据时的应用场景。
一文了解树在前端中的应用,掌握数据结构中树的生命线
|
17天前
|
C语言
数据结构基础详解(C语言):图的基本概念_无向图_有向图_子图_生成树_生成森林_完全图
本文介绍了图的基本概念,包括图的定义、无向图与有向图、简单图与多重图等,并解释了顶点度、路径、连通性等相关术语。此外还讨论了子图、生成树、带权图及几种特殊形态的图,如完全图和树等。通过这些概念,读者可以更好地理解图论的基础知识。
|
19天前
|
存储 算法 C语言
数据结构基础详解(C语言): 二叉树的遍历_线索二叉树_树的存储结构_树与森林详解
本文从二叉树遍历入手,详细介绍了先序、中序和后序遍历方法,并探讨了如何构建二叉树及线索二叉树的概念。接着,文章讲解了树和森林的存储结构,特别是如何将树与森林转换为二叉树形式,以便利用二叉树的遍历方法。最后,讨论了树和森林的遍历算法,包括先根、后根和层次遍历。通过这些内容,读者可以全面了解二叉树及其相关概念。
|
19天前
|
存储 C语言
数据结构基础详解(C语言): 树与二叉树的应用_哈夫曼树与哈夫曼曼编码_并查集_二叉排序树_平衡二叉树
本文详细介绍了树与二叉树的应用,涵盖哈夫曼树与哈夫曼编码、并查集以及二叉排序树等内容。首先讲解了哈夫曼树的构造方法及其在数据压缩中的应用;接着介绍了并查集的基本概念、存储结构及优化方法;随后探讨了二叉排序树的定义、查找、插入和删除操作;最后阐述了平衡二叉树的概念及其在保证树平衡状态下的插入和删除操作。通过本文,读者可以全面了解树与二叉树在实际问题中的应用技巧和优化策略。
|
2天前
|
存储
|
17天前
|
存储 人工智能 C语言
数据结构基础详解(C语言): 栈的括号匹配(实战)与栈的表达式求值&&特殊矩阵的压缩存储
本文首先介绍了栈的应用之一——括号匹配,利用栈的特性实现左右括号的匹配检测。接着详细描述了南京理工大学的一道编程题,要求判断输入字符串中的括号是否正确匹配,并给出了完整的代码示例。此外,还探讨了栈在表达式求值中的应用,包括中缀、后缀和前缀表达式的转换与计算方法。最后,文章介绍了矩阵的压缩存储技术,涵盖对称矩阵、三角矩阵及稀疏矩阵的不同压缩存储策略,提高存储效率。
|
19天前
|
存储 C语言
数据结构基础详解(C语言): 栈与队列的详解附完整代码
栈是一种仅允许在一端进行插入和删除操作的线性表,常用于解决括号匹配、函数调用等问题。栈分为顺序栈和链栈,顺序栈使用数组存储,链栈基于单链表实现。栈的主要操作包括初始化、销毁、入栈、出栈等。栈的应用广泛,如表达式求值、递归等场景。栈的顺序存储结构由数组和栈顶指针构成,链栈则基于单链表的头插法实现。
123 3
|
20天前
|
Java
【数据结构】栈和队列的深度探索,从实现到应用详解
本文介绍了栈和队列这两种数据结构。栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,元素只能从栈顶进行插入和删除。栈的基本操作包括压栈、出栈、获取栈顶元素、判断是否为空及获取栈的大小。栈可以通过数组或链表实现,并可用于将递归转化为循环。队列则是一种先进先出(FIFO)的数据结构,元素只能从队尾插入,从队首移除。队列的基本操作包括入队、出队、获取队首元素、判断是否为空及获取队列大小。队列可通过双向链表或数组实现。此外,双端队列(Deque)支持两端插入和删除元素,提供了更丰富的操作。
23 0
【数据结构】栈和队列的深度探索,从实现到应用详解
|
1月前
栈的几个经典应用,真的绝了
文章总结了栈的几个经典应用场景,包括使用两个栈来实现队列的功能以及利用栈进行对称匹配,并通过LeetCode上的题目示例展示了栈在实际问题中的应用。
栈的几个经典应用,真的绝了
|
24天前
|
Linux C++ Windows
栈对象返回的问题 RVO / NRVO
具名返回值优化((Name)Return Value Optimization,(N)RVO)是一种优化机制,在函数返回对象时,通过减少临时对象的构造、复制构造及析构调用次数来降低开销。在C++中,通过直接在返回位置构造对象并利用隐藏参数传递地址,可避免不必要的复制操作。然而,Windows和Linux上的RVO与NRVO实现有所不同,且接收栈对象的方式也会影响优化效果。