树的分类有哪些?

简介: 本文介绍了树的多种类型,包括二叉树、二叉搜索树、完全二叉树、AVL树、红黑树、B树和B+树,并解释了每种树的特点和用途。

1、典型回答

树是一种非线性的层次型的数据结构,也是一种非常重要的数据结构,它由节点(node)和边(edge)组成。

非线性数据结构是指其中的元素之间不是一对一的线性关系。具体来说,非线性数据结构中的元素可以有多个前驱和多个后继,其组织和连接方式不受任何限制。与之相对的是线性数据结构,其中的元素以线性的方式相互连接,每个元素只有一个前驱和一个后继。

树满足以下条件:

  • 树中有一个唯一的节点被指定为根节点(root),用于表示整棵树的起始点。
  • 树中的每个节点可以有零个或多个子节点,子节点与父节点之间通过边相连。
  • 除了根节点外,每个节点都有且只有一个父节点。

树包含以下类型的节点:

  1. 根节点:树中的一个节点被指定为根节点,用于表示树的起始点。根节点是树中唯一没有父节点的节点,所有其他节点都通过边与根节点相连。
  2. 子节点和父节点:树中每个节点可以拥有零个或多个子节点。子节点是直接连接到父节点的节点,父节点是直接连接到子节点的节点。每个节点的子节点和父节点的数量是不确定的,它们的数量可以为零,也可以有多八
  3. 叶(子)节点:叶节点是树中没有子节点的节点,也被称为终端节点。叶节点位于树的最底层,不再向下扩展,它们代表树的结束。

树的分类

根据树的不同性质和特点,可以将树分为以下几种类型:

1、二叉树(Binary Tree):每个节点最多有两个子节点的树,分别为左子节点和右子节点。二叉树的每个节点最多有两个子树,且子树之间的顺序不固定,如下图所示:

2、二叉搜索树(Binary Search Tree):是一种特殊的二叉树,相比于二叉树,它带了一些附加的约束,每个节点的左子树上的节点值都小于该节点的值,右子树上的节点值都大于该节点的值。这个特性使得二叉搜索树具有快速的查找、插入和删除操作,如下图所示:

3、完全二叉树(Complete Binary Tree):除了最后一层外,每一层的节点都被完全填充,并且所有节点都靠左对齐。如果最后一层也被填充,那么这个树就是满二叉树。完全二叉树对节点值的大小关系并没有要求,如下图所示:

4、AVL 树(Balanced Binary Tree):在二叉搜索树的基础上,增加了平衡性的要求,保持左右子树的高度差不超过 1,通过旋转操作来保持树的平衡,如下图所示:

5、红黑树(Red-Black Tree):也是一种具有平衡性质的二叉搜索树。通过约束节点的颜色(红色或黑色)和些平衡性质来保持树的平衡,如下图所示:(红黑树本身就是一个比较难的数据结构,完全没了解过的东西不要指望着这两行话学习会红黑树,要拿出时间专门去学习了解)

6、B树(B-Tree):一种多路搜索树,每个节点拥有多个子节点。B 树常用于文件系统和数据库中,可提供高效的查找和修改操作,如下图所示:

7、B+树(B+ Tree):B 树的变体,B+ 树在 B树的基础上做了优化,将非叶子节点中的键值剥离出来,仅保留叶子节点,使得查询更加高效,如下图所示:

2、扩展知识

红黑树的要求:

  1. 节点是红色或黑色:每个节点都被标记为红色或黑色。
  2. 根节点是黑色:根节点必须是黑色,确保了从根到叶子节点的任意路径上的黑色节点数量相同。
  3. 叶子节点是黑色的空节点(NIL/NULL节点):叶子节点被视为黑色的空节点。
  4. 相邻节点不能都为红色:红色节点的两个子节点都必须为黑色,即不存在两个相邻的红色节点。
  5. 对于每个节点,从该节点到其所有后代叶子节点的简单路径上,均包含相同数量的黑色节点:这个要求保证了5树的平衡性,使得从根到叶子节点的最长路径不超过最短路径的两倍。
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