【数据结构】二叉树(链式)

简介: 【数据结构】二叉树(链式)

抱怨是一件最没意义的事情。如果实在难以忍受周围的环境,那就暗自努力练好本领,然后跳出那个圈子。

目录


🎄二叉树


✔二叉树的结构:


✔BuyNode(创建二叉树节点):


🎄基本函数操作:


✔PreOrder(前序递归遍历):


✔InOrder(中序递归遍历):


✔PostOrder(后序递归遍历):


✔TreeSize(函数结点个数):


✔TreeleafSize(叶子结点个数):


✔TreeHeight(树的深度/高度):


✔TreeKLevelSize(第k层的结点个数):


✔TreeFind(二叉树查找值为x的值):


✔LevelOrder(层序遍历):


✔TreeComplete(判断二叉树是否是完全二叉树):


✔TreeDestory(二叉树销毁):


🎄二叉树

二叉树(Binary tree)是树形结构的一个重要类型。许多实际问题抽象出来的数据结构往往是二叉树形式,即使是一般的树也能简单地转换为二叉树,而且二叉树的存储结构及其算法都较为简单,因此二叉树显得特别重要。二叉树特点是每个节点最多只能有两棵子树,且有左右之分。

✔二叉树的结构:

二叉树是一个节点root,链接着一个左节点left和一个右节点right

typedef int BTDataType;
typedef struct BinaryTreeNode
{
  BTDataType data;
  struct BinaryTreeNode* left;
  struct BinaryTreeNode* right;
}BTNode;

✔BuyNode(创建二叉树节点):

BTNode* BuyNode(BTDataType x)
{
  BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail:");
    exit(-1);
  }
  newnode->data = x;
  newnode->left = newnode->right = NULL;
  return newnode;
}

在学习二叉树的基本操作前,需先要创建一棵二叉树,然后才能学习其相关的基本操作。由于现在大家对二叉树结构掌握还不够深入,为了降低大家学习成本,此处手动快速创建一棵简单的二叉树,快速进入二叉树 操作学习,等二叉树结构了解的差不多时,我们反过头再来研究二叉树真正的创建方式。

  //构造二叉树
  BTNode* n1 = BuyNode(1);
  BTNode* n2 = BuyNode(2);
  BTNode* n3 = BuyNode(3);
  BTNode* n4 = BuyNode(4);
  BTNode* n5 = BuyNode(5);
  BTNode* n6 = BuyNode(6);
  BTNode* n7 = BuyNode(7);
  n1->left = n2;
  n1->right = n4;
  n2->left = n3;
  n3->left = n7;
  n4->left = n5;
  n4->right = n6;

注意上述代码并不是创建二叉树的方式,真正创建二叉树方式后序详解重点讲解。

🎄基本函数操作:

再看二叉树基本操作前,再回顾下二叉树的概念,

二叉树是:

1. 空树

2. 非空:根节点,根节点的左子树、根节点的右子树组成的。

✔PreOrder(前序递归遍历):

前序遍历是每颗子树先遍历root节点,再遍历左子树,最后在遍历右子树

前序遍历:root  左子树 右子树

// 二叉树前序遍历
void PreOrder(BTNode* root)
{
  if (root == NULL)
  {
    printf("NULL ");
    return;
  }
  printf("%d ", root->data);
  PreOrder(root->left);
  PreOrder(root->right);
}

✔InOrder(中序递归遍历):

中序遍历是每颗子树都先遍历左子树,再遍历root节点,最后在遍历右子树。

中序遍历:左子树 root  右子树

// 二叉树中序遍历
void InOrder(BTNode* root)
{
  if (root == NULL)
  {
    printf("NULL ");
    return;
  }
  InOrder(root->left);
  printf("%d ", root->data);
  InOrder(root->right);
}

✔PostOrder(后序递归遍历):

后序遍历是每颗子树都先遍历左子树,再遍历右子树,最后在遍历root节点。

后序遍历:左子树 右子树  root

// 二叉树后序遍历
void PostOrder(BTNode* root)
{
  if (root == NULL)
  {
    printf("NULL ");
    return;
  }
  PostOrder(root->left);
  PostOrder(root->right);
  printf("%d ", root->data);
}

✔TreeSize(函数结点个数):

二叉树节点的个数,可以看成左子树的节点个数+右子树的节点个数+1(根节点)。

遇到NULL返回0。

//返回二叉树的结点个数
int TreeSize(BTNode* root)
{
  return root == NULL ? 0 :
    TreeSize(root->left) + TreeSize(root->right) + 1;
}

✔TreeleafSize(叶子结点个数):

叶节点代表它没有左右节点了,也就是左右节点皆为NULL

  • 当左右左右节点皆为NULL时返回1
  • 叶节点数等于左子树的叶子个数+右子树的叶子个数
//返回叶子结点个数
int TreeleafSize(BTNode* root)
{
  if (root == NULL)
    return 0;
  if (root->left == NULL && root->right == NULL)
    return 1;
  return TreeleafSize(root->left) + TreeleafSize(root->right);
}

✔TreeHeight(树的深度/高度):

当只有一层的时候,左子树为0,右子树为0层,总层数为 1层。


当有2层时,左子树为1,右子树为1层,总层数为1+1层。


当有3层时,左子树为2,右子树为2层,总层数为2+1层。


....


当有N层时,左子树为N-1层,右子树为N1层,总层数为(N-1)+1层。


这样就可以将树的高度看成较高子树的层高+1(根节点的那一层)。因此将左右子树的层数计算出来,让他们较大的一个+1就是二叉树的高度了。

//返回树的深度
int TreeHeight(BTNode* root)
{
  if (root == NULL)
    return 0;
  int leafHeight = TreeHeight(root->left);
  int rightHeight = TreeHeight(root->right);
  return leafHeight > rightHeight ? leafHeight + 1 : rightHeight + 1;
}

✔TreeKLevelSize(第k层的结点个数):

可以通过左右子树,让他们可下降k-1层,k-1层的左孩子与右孩子树就是第k层的结点数

如果k==1,则返回1

如果为NULL,就返回0

//第k层的结点个数 k >= 1
int TreeKLevelSize(BTNode* root, int k)
{
  if (root == NULL)
    return 0;
  if (k == 1)
    return 1;
  return TreeKLevelSize(root->left, k - 1) + TreeKLevelSize(root->right, k - 1);
}

✔TreeFind(二叉树查找值为x的值):

依旧不断通过左子树和右子树分别遍历下去

找到等于x的值,就返回那个结点

遇到NULL时,返回NULL

当全部找完依旧没找到,那就返回NULL。

//二叉树查找值为x的值
BTNode* TreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{
  if (root == NULL)
    return NULL;
  if (root->data == x)
    return root;
  BTNode* ret1 = TreeFind(root->left, x);
  if (ret1)
    return ret1;
  BTNode* ret2 = TreeFind(root->right, x);
  if(ret2)
    return ret2;
  return NULL;
}

✔LevelOrder(层序遍历):

这里需要用到队列,队列详细讲解http://t.csdn.cn/vhPtL

  • 先让根节点进入队列
  • 将队头用一个变量保存下来,如果不为NULL就将其打印
  • 再将队头pop一下
  • 当左右节点存在,就将其push进去队列,以此循环
//层序遍历
void LevelOrder(BTNode* root)
{
  Queue q;
  QueueInit(&q);
  if (root)
  {
    QueuePush(&q, root);
  }
  while (!QueueEmpty(&q))
  {
    BTNode* front = QueueFront(&q);
    printf("%d ", front->data);
    QueuePop(&q);
    if (front->left)
      QueuePush(&q, front->left);
    if (front->right)
      QueuePush(&q, front->right);
  }
  printf("\n");
  QueueDestroty(&q);
}

✔TreeComplete(判断二叉树是否是完全二叉树):

 

这个是建立在层序遍历的基础上的,利用层序遍历,遍历到第一个NULL时,后面都不为NULL才为完全二叉树,如果后面有一个不为NULL,那就不是完全二叉树返回false。

// 判断二叉树是否是完全二叉树
bool BinaryTreeComplete(BTNode* root)
{
  Queue q;
  QueueInit(&q);
  if (root)
  {
    QueuePush(&q, root);
  }
  while (!QueueEmpty(&q))
  {
    BTNode* front = QueueFront(&q);
    QueuePop(&q);
    if (front == NULL)
    {
      break;
    }
    else
    {
      QueuePush(&q,front->left);
      QueuePush(&q,front->right);
    }
  }
  while (!QueueEmpty(&q))
  {
    BTNode* front = QueueFront(&q);
    QueuePop(&q);
    if (front != NULL)
    {
      QueueDestroty(&q);
      return false;
    }
  }
  QueueDestroty(&q);
  return true;  
}

✔TreeDestory(二叉树销毁):

// 二叉树销毁
void TreeDestory(BTNode* root)
{
  if (root == NULL)
    return;
  TreeDestory(root->left);
  TreeDestory(root->right);
  free(root);
}
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