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

简介: 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。

本文逻辑:
本文由二叉树的遍历起手,讲解了二叉树的三种遍历方式,以及如何构造一颗二叉树,并在此基础上,扩展了更好的二叉树-线索二叉树。树和森林的存储结构讲解中,重点就是将树与森林转换为二叉树,这样二叉树的手段就能使用到树与森林当中。最后,讲解了二叉树与森林的遍历。

1.二叉树的遍历

什么是遍历
遍历:按照某种次序把所有的结点都访问一遍
什么是层次遍历:基于树的层次特性确定的次序规则(从上到下,从左到右的遍历)

二叉树的递归特性:
:one: 要么是个空二叉树
:two: 要么就是由根节点+左子树+右子树 组成的二叉树

1.1 二叉树的前,中,后序遍历

二叉树有三种遍历的情形
:one:先序遍历:根左右
:two:中序遍历:左根右
:three: 后序遍历:左右根

image.png

二叉树的遍历(手算)

给你一个二叉树,写出他的先序遍历,中序遍历,后序遍历,属于简单题
给出一个手算技巧,留出空,根据遍历规则,补全

1.2 二叉树的层次遍历

  • 算法思想
    :one: 初始化一个辅助队列
    :two: 根结点入队
    :three: 若队列为空,则头结点出队。将其左孩子,右孩子插入队尾(如果有的话
    :four: 重复:three:直至队列为空

1.3构造二叉树

直接说结论:
想要构造一个二叉树,必须知道的两种遍历序列,其中还必须有中序遍历。
也就是中序遍历+(前序遍历or后序遍历or层次遍历)

线索二叉树引入:

在二叉树的基础上,我们能否从一个指定结点开始中序遍历?
如何找到指定结点p在中序遍历序列中的前驱
如何找到p的中序后继
解决思路:
两个指针+目标结点p
从根节点出发,重新进行一次中序遍历,指针q记录当前访问的结点,指针pre记录上一个被访问的结点
当q==p时,pre为前驱
当pre==p时,q为后继。
通过这种方法解决还是太麻烦了,所以引入线索二叉树

2.线索二叉树

2.1 以中序线索二叉树为例,讲解线索二叉树

n个结点的二叉树,有n+1个空链域,用来构成线索,记录前驱和后继

  • 前驱线索(由左孩子指针充当)
  • 后继线索(由右孩子指针充当)
    image.png

三种线索二叉树的对比
image.png

2.2 二叉树的线索化

为了区分指针是指向了孩子还是指向了前驱/后继
我们还需要两个标志 一个是ltag,一个是rtag,记录当前结点是否记录了线索

  • ltag=0,lchild指向左孩子
  • ltag=1,lchild指向前驱
  • rtag=0,lchild指向右孩子
  • rtag=1,lchild指向后继

一棵二叉树的中序线索化:
1.首先取得二叉树的中序序列,
假设是A~4~,A~2~,A~5~,A~1~,A~6~,A~3~
2.A~4~的前驱指针指向NULL,A~3~的后继指针指向NULL
3.遍历一遍树,如果左指针为空就指向前驱,如果右指针为空就指向后继。

2.3 线索二叉树中找前驱后继

2.3.1 中序线索二叉树寻找前驱后继(重点)

中序线索二叉树找中序后继

明确p点肯定有右孩子,没有右孩子的话,中序后继直接为NULL了
根据左根右,他的后继是右,也就是右子树,右孩子如果还有孩子,那继续左根右,即首先访问最左的点
综上所述,中序后继=p的右子树中最左下结点。

中序线索二叉树找中序前驱
有了之前的分析过程,很好推出,中序前驱=p的左子树中最右下结点

2.3.2 先序线索二叉树寻找前驱后继(了解)

先序线索二叉树找先序前驱
无法实现,除非土办法遍历或者,使用三叉链表(能找到p结点的父结点)
下面假设可以找到p的父节点.
image.png

先序线索二叉树找先序后继
先序后继就是最左的节点

2.3.3 后序线索二叉树寻找前驱后继(了解)

后序线索二叉树寻找后序前驱
p肯定有左孩子,若p有右孩子,则后序前驱是他的右孩子,没有就是左孩子

后序线索二叉树寻找后序后继
无法实现,除非土办法遍历或者,使用三叉链表(能找到p结点的父结点)
下面假设可以找到p的父节点.

image.png

3.树的存储结构

  • 双亲表示法(顺序存储)
  • 孩子表示法(顺序+链式存储)
  • :star:孩子兄弟表示法(链式存储)

3.1 双亲表示法(顺序存储)

核心:每个结点中保存指向双亲的指针
image.png

增删改查思路:
增加一个孩子,直接在顺序的数组中增加即可
删除一个孩子,会让某一块为空,可以让最后一个存储的孩子,覆盖上去,提高效率
查找的话:想要找到某个结点的孩子,比较麻烦,要全部遍历一遍树

优缺点:
优点:查指定结点的双亲很方便。
缺点:查指定结点的孩子只能从头遍历。

3.2 孩子表示法(顺序+链式存储)

核心:结点顺序存储,每一个结点的孩子,用链式存储
在这里插入图片描述

3.3 孩子兄弟表示法(链式存储)->重点

核心目的:将逻辑结构树能够转换为存储结构是二叉树的形式储存,这样我们就可以用处理二叉树的手段,处理它。

核心思路:左指针指向第一个孩子(最左边的孩子),右指针指向他的右兄弟

我们可以 轻松的将一个树改写成这种孩子兄弟表示法的形式
在这里插入图片描述

3.4 森林和二叉树的转换

在3.3的基础上,我们不难理解森林和二叉树的转换,就是按照孩子兄弟表示法

4.树的遍历

  • 树的先根遍历

4.1 树的先根遍历(先根,先根,就是先遍历根,再遍历子树)

核心:先根遍历。若树非空,先访问根结点,再依次对每棵子树进行先根遍历。

与二叉树遍历对比:==树的先根遍历序列与二叉树的先序遍历相同==

4.2 树的后根遍历

核心:后根遍历。若树非空,先依次对每棵子树进行后根遍历,最后访问根结点
与二叉树遍历对比:==树的后根遍历序列与二叉树的中序遍历相同==

4.3 树的层次遍历

跟二叉树的层次遍历一样,用队列实现

5.森林的遍历

森林是m棵互不相交的树的集合。每棵树去掉根节点,其各个子树又组成森林。

5.1 先序遍历森林

若森林为非空,则按如下规则进行遍历;
访问森林中第一棵树的根结点。
先序遍历第一棵树中根结点的子树森林
先序遍历除去第一棵之后剩余的树构成的森林。

与==树的遍历==对比:==效果等同于依次对各个树进行先根遍历==

5.2 中序遍历森林

若森林为非空,则按如下规则进行遍历
中序遍历森林中第一棵树的根结点的子树森林
访问第一棵树的根结点。
中序遍历除去第一棵树之后剩余的树构成的森林。

与==树的遍历==对比:==效果等同于依次对各个树进行后根遍历==

相关文章
|
2月前
|
算法 数据处理 C语言
C语言中的位运算技巧,涵盖基本概念、应用场景、实用技巧及示例代码,并讨论了位运算的性能优势及其与其他数据结构和算法的结合
本文深入解析了C语言中的位运算技巧,涵盖基本概念、应用场景、实用技巧及示例代码,并讨论了位运算的性能优势及其与其他数据结构和算法的结合,旨在帮助读者掌握这一高效的数据处理方法。
51 1
|
2月前
|
存储 缓存 算法
在C语言中,数据结构是构建高效程序的基石。本文探讨了数组、链表、栈、队列、树和图等常见数据结构的特点、应用及实现方式
在C语言中,数据结构是构建高效程序的基石。本文探讨了数组、链表、栈、队列、树和图等常见数据结构的特点、应用及实现方式,强调了合理选择数据结构的重要性,并通过案例分析展示了其在实际项目中的应用,旨在帮助读者提升编程能力。
71 5
|
2月前
|
并行计算 算法 测试技术
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面,旨在通过综合策略提升程序性能,满足实际需求。
65 1
|
存储 程序员 C语言
程序员之路:C语言中存储类别
程序员之路:C语言中存储类别
142 0
|
1月前
|
存储 C语言 开发者
【C语言】字符串操作函数详解
这些字符串操作函数在C语言中提供了强大的功能,帮助开发者有效地处理字符串数据。通过对每个函数的详细讲解、示例代码和表格说明,可以更好地理解如何使用这些函数进行各种字符串操作。如果在实际编程中遇到特定的字符串处理需求,可以参考这些函数和示例,灵活运用。
66 10
|
1月前
|
存储 程序员 C语言
【C语言】文件操作函数详解
C语言提供了一组标准库函数来处理文件操作,这些函数定义在 `<stdio.h>` 头文件中。文件操作包括文件的打开、读写、关闭以及文件属性的查询等。以下是常用文件操作函数的详细讲解,包括函数原型、参数说明、返回值说明、示例代码和表格汇总。
52 9
|
1月前
|
存储 Unix Serverless
【C语言】常用函数汇总表
本文总结了C语言中常用的函数,涵盖输入/输出、字符串操作、内存管理、数学运算、时间处理、文件操作及布尔类型等多个方面。每类函数均以表格形式列出其功能和使用示例,便于快速查阅和学习。通过综合示例代码,展示了这些函数的实际应用,帮助读者更好地理解和掌握C语言的基本功能和标准库函数的使用方法。感谢阅读,希望对你有所帮助!
41 8
|
1月前
|
C语言 开发者
【C语言】数学函数详解
在C语言中,数学函数是由标准库 `math.h` 提供的。使用这些函数时,需要包含 `#include <math.h>` 头文件。以下是一些常用的数学函数的详细讲解,包括函数原型、参数说明、返回值说明以及示例代码和表格汇总。
50 6
|
1月前
|
存储 C语言
【C语言】输入/输出函数详解
在C语言中,输入/输出操作是通过标准库函数来实现的。这些函数分为两类:标准输入输出函数和文件输入输出函数。
260 6
|
1月前
|
存储 缓存 算法
【C语言】内存管理函数详细讲解
在C语言编程中,内存管理是至关重要的。动态内存分配函数允许程序在运行时请求和释放内存,这对于处理不确定大小的数据结构至关重要。以下是C语言内存管理函数的详细讲解,包括每个函数的功能、标准格式、示例代码、代码解释及其输出。
64 6