二叉树查找值为x的结点、树的高度、第k层结点个数的代码实现

简介: 二叉树查找值为x的结点、树的高度、第k层结点个数的代码实现


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树的高度

//树的高度
int TreeHeight(TreeNode* root)
{
  if (root == NULL)
    return 0;
  int leftHeight = TreeHeight(root->left);
  int rightHeight = TreeHeight(root->right);
  return leftHeight > rightHeight ? leftHeight + 1 : rightHeight + 1;
}

设计思想:

  1. 如果即当前子树为空,则返回 0,表示该子树没有任何结点,因此高度为 0
  2. 如果传入的 root 指针不为空,则执行以下操作:
    a)调用递归函数 TreeHeight(root->left) 来计算左子树中结点到达最底层所需经过的边数,并将结果赋值给变量 leftHeight
    b)调用递归函数 TreeHeight(root->right) 来计算右子树中结点到达最底层所需经过边数,并将结果赋值给变量 rightHeight
    c)返回左右子树两者中较大者加上当前节点本身所代表边数(加1)作为该子问题下一级别解答(理解这里十分重要)

解释: 1、某个结点的左子树递归的三目运算符的运算结果都会在最后赋值给leftHeight,右子树递归的三目运算符的运算结果都会在最后赋值给rightHeight

2、每次调用 TreeHeight 函数时都会进行三目运算符的比较,如果是叶子结点,由于没有左右子树为空所以两次递归返回的值均为0,即leftHeight和rightHeight的值均为0(因为0>0为假,故:rightHeight+1,此时rightHeight+1里的+1是为了加上3结点本身的高度,不可能因为左右子树均为空就没有高度了,当前结点也算一个高度)比较后会返回1它被赋值给leftHeight,因为它是2结点的左子树递归得到的,同时它也告诉了2结点你的左子树高度只有1,然后2结点又会递归调用它的右子树但是由于右子树为NULL所以会返回0,所以此时leftHeight和rightHeight的值分别为1和0(因为1>0为真所以leftHeight+1,表明2结点的左子树大于右子树,左子树的高度可以代表2结点的高度)比较后会返回2它被赋值给leftHeight,因为它是1结点的左子树递归得到的,同时它也告诉了1结点你的左子树高度为2

3、然后1结点会递归它的右子树,剩余步骤与上面描述的大致相似,最后右递归会告诉1结点你的右子树高度为2(因为2>2为假所rightHeight+1,此时rightHeight+1里的+1是为了加上1结点本身的高度,不可能左右子树高度相等就没有高度了,当前结点也算一个高度,所以当前结点的左右子树结点高度相等,将当前左右结点子树的高度+1就是整个树的高度)

第k层结点的个数

//第k层结点的个数,k==2
int TreeLevelK(TreeNode* root,int k)
{
  assert(k > 0);
  if (root == NULL)
    return 0;
  if (k == 1)
    return 1;
  return TreeLevelK(root->left, k - 1) +
    TreeLevelK(root->right,k-1);
}

设计思想:

  1. 树为空,返回0
  2. 树不为空且是第一层结点个数,返回1
  3. 树不为空且是第n(n>1)层结点的个数,返回(左子树的k-1层 + 右子树的k-1层)

k-1而不是k,k相当于判断条件count,当count==1的时候就相当于找到了我们要找的那一层,如果为k,那么递归的返回条件就不存在

解释:

1、查找第3层结点个数,即k == 3

2、树不为空,并且k != 1,所以递归结点1的左子树,结点2不为空,此时k-1 = 2 != 1,所以可以继续递归结点2的左子树,结点3不为空,此时k-1 = 1 == 1,所以返回1,即递归结点2左子树的返回值为1,然后递归结点2的右子树,右子树为空返回0,最后0+1=1,即递归结点1左子树的返回值为1,这说明结点1左子树第3层的结点个数为1

3、然后递归结点1的右子树,结点4不为空,此时k-1 = 2 != 1,所以可以继续递归结点4的左子树,结点5不为空,此时k - 1 =1 == 1,所以返回1,即递归结点4的左子树的返回值为1,然后递归结点4的右子树,结点6不为空,此时k - 1 =1 == 1(这是因为此时处于结点4的TreeLevelK函数中,此时的k为2),所以返回1,即递归结点4的右子树的返回值为1,最后1+1=2,即递归结点1右子树的返回值为2,这说明结点1右子树第3层的结点个数为2

4、最后结点1的左右子树均递归完毕,1+2=3即该二叉树第3层的结点个数为3

查找值为x的结点

返回值为指针

//查找值为x的结点
TreeNode* TreeFind(TreeNode* root, BTDataType x)
{
  if (root == NULL)
    return NULL;
  if (root->data == x)
    return root;
  TreeNode* ret1 = TreeFind(root->left, x);
  if (ret1)
    return ret1;
  TreeNode* ret2 = TreeFind(root->right, x);
  if (ret2)
    return ret2;
  return NULL;
}

解释:整体过程不再进行文字解释,建议自己画图加深对代码的理解

注意对返回值NULL的处理和理解

返回值为布尔类型

//查找值为x的结点,返回值为布尔类型
bool TreeFind(TreeNode* root, BTDataType x)
{
  if (root == NULL)
    return NULL;
  if (root->data == x)
    return root;
  return TreeFind(root->left, x) || TreeFind(root->right, x);
}

解释:整体过程不再进行文字解释,建议自己画图加深对代码的理解

整体代码

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
typedef int BTDataType;
typedef struct BinaryTreeNode
{
  BTDataType data;
  struct BinaryTreeNode* left;
  struct BinaryTreeNode* right;
}TreeNode;
TreeNode* BuyTreeNode(int x)
{
  TreeNode* node = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode));
  assert(node);
  node->data = x;
  node->left = NULL;
  node->right = NULL;
  return node;
}
TreeNode* CreatTree()
{
  TreeNode* node1 = BuyTreeNode(1);
  TreeNode* node2 = BuyTreeNode(2);
  TreeNode* node3 = BuyTreeNode(3);
  TreeNode* node4 = BuyTreeNode(4);
  TreeNode* node5 = BuyTreeNode(5);
  TreeNode* node6 = BuyTreeNode(6);
  node1->left = node2;
  node1->right = node4;
  node2->left = node3;
  //node2->right = NULL;
  //node3->left = NULL;
  //node3->right = NULL;
  node4->left = node5;
  node4->right = node6;
  //node5->left = NULL;
  //node5->right = NULL;
  //node6->left = NULL;
  //node6->right= NULL;
  return node1;
}
void PrevOrder(TreeNode* root)
{
  if(root == NULL)
  {
    printf("N ");
    return;
  }
  printf("%d ", root->data);
  PrevOrder(root->left);
  PrevOrder(root->right);
}
void InOrder(TreeNode* root)
{
  if (root == NULL)
  {
    printf("N ");
    return;
  }
  InOrder(root->left);
  printf("%d ", root->data);
  InOrder(root->right);
}
void LaterOrder(TreeNode* root)
{
  if (root == NULL)
  {
    printf("N ");
    return;
  }
  LaterOrder(root->left);
  LaterOrder(root->right);
  printf("%d ", root->data);
}
//总结点个数
int TreeSize(TreeNode* root)
{
  return root == NULL ? 0 :
    TreeSize(root->left) +
    TreeSize(root->right) + 1;
}
//叶子结点个数
int TreeLeafSize(TreeNode* root)
{
  //空树 返回0
  if (root == NULL)
    return 0;
  //非空树,但是没有左右子树(叶子结点/仅有一个结点的树)返回1
  if (root->left == NULL && root->right == NULL)
    return 1;
  //不是空 也不是叶子结点
  return TreeLeafSize(root->left) +
    TreeLeafSize(root->right);
}
//树的高度
int TreeHeight(TreeNode* root)
{
  if (root == NULL)
    return 0;
  int leftHeight = TreeHeight(root->left);
  int rightHeight = TreeHeight(root->right);
  return leftHeight > rightHeight ? leftHeight + 1 : rightHeight + 1;
}
//第k层结点的个数
int TreeLevelK(TreeNode* root,int k)
{
  assert(k > 0);
  if (root == NULL)
    return 0;
  if (k == 1)
    return 1;
  return TreeLevelK(root->left, k - 1) +
    TreeLevelK(root->right,k-1);
}
//查找值为x的结点,返回值为指针
TreeNode* TreeFind(TreeNode* root, BTDataType x)
{
  if (root == NULL)
    return NULL;
  if (root->data == x)
    return root;
  TreeNode* ret1 = TreeFind(root->left, x);
  if (ret1)
    return ret1;
  TreeNode* ret2 = TreeFind(root->right, x);
  if (ret2)
    return ret2;
  return NULL;
}
查找值为x的结点,返回值为布尔类型
//bool TreeFind(TreeNode* root, BTDataType x)
//{
//  if (root == NULL)
//    return NULL;
//  if (root->data == x)
//    return root;
//
//  return TreeFind(root->left, x) || TreeFind(root->right, x);
//}
int main()
{
  TreeNode* root = CreatTree();
  //前、中、后序遍历
  PrevOrder(root);
  printf("\n");
  InOrder(root);
  printf("\n");
  LaterOrder(root);
  printf("\n");
  //获取二叉树中的结点个数 
  printf("TreeSize:%d\n", TreeSize(root));
  //叶子结点个数
  printf("TreeLeafSize:%d\n",TreeLeafSize(root));
  //树的高度
  printf("TreeHeight:%d\n", TreeHeight(root));
  //第k层结点个数
  int k = 2;
  printf("TreeLevelK: % d\n", TreeLevelK(root,k));
  //查找值为x的结点
  int x = 2;
  printf("TreeLevelK: % d\n", TreeLevelK(root, x));
  //查找值为x的结点
  if (TreeFind(root, 5))
    printf("找到了\n");
  else
    printf("没找到\n");
  return 0;
}

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