数据结构(C语言版)-第5章 树和二叉树

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5.1  树和二叉树的定义

树(Tree)是n(n≥0)个结点的有限集,它或为空树(n = 0);或为非空树,对于非空树T:
(1)有且仅有一个称之为根的结点;
(2)除根结点以外的其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集T1, T2, …, Tm, 其中每一个集合本身又是一棵树,并且称为根的子树(SubTree)。

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二叉树的定义

二叉树(Binary Tree)是n(n≥0)个结点所构成的集合,它或为空树(n = 0);或为非空树,对于非空树T:
(1)有且仅有一个称之为根的结点;
(2)除根结点以外的其余结点分为两个互不相交的子集T1和T2,分别称为T的左子树和右子树,且T1和T2本身又都是二叉树。

为何要重点研究每结点最多只有两个 “叉” 的树?
二叉树的结构最简单,规律性最强;
可以证明,所有树都能转为唯一对应的二叉树,不失一般性。

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5.2  案例引入

5.3  树和二叉树的抽象数据类型定义

CreateBiTree(&T,definition)
      初始条件;definition给出二叉树T的定义。
      操作结果:按definition构造二叉树T。

PreOrderTraverse(T)
      初始条件:二叉树T存在。
      操作结果:先序遍历T,对每个结点访问一次。
InOrderTraverse(T)
      初始条件:二叉树T存在。
      操作结果:中序遍历T,对每个结点访问一次。
PostOrderTraverse(T)
      初始条件:二叉树T存在。
      操作结果:后序遍历T,对每个结点访问一次。

5.4  二叉树的性质和存储结构

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满二叉树是叶子一个也不少的树,而完全二叉树虽然前n-1层是满的,但最底层却允许在右边缺少连续若干个结点。满二叉树是完全二叉树的一个特例。

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二叉树的顺序存储

实现:按满二叉树的结点层次编号,依次存放二叉树中的数据元素。

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二叉树的链式存储

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typedef struct BiNode{
TElemType data;
struct BiNode *lchild,*rchild; //左右孩子指针
}BiNode,*BiTree;

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typedef struct TriTNode
{ TelemType data;
struct TriTNode *lchild,*parent,*rchild;
}TriTNode,*TriTree;

5.5  遍历二叉树和线索二叉树

遍历定义——指按某条搜索路线遍访每个结点且不重复(又称周游)。
遍历用途——它是树结构插入、删除、修改、查找和排序运算的前提,是二叉树一切运算的基础和核心。

遍历规则

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口诀:
DLR—先序遍历,即先根再左再右
LDR—中序遍历,即先左再根再右
LRD—后序遍历,即先左再右再根

先序遍历算法

Status PreOrderTraverse(BiTree T){
if(T==NULL) return OK; //空二叉树
else{
cout<<T->data; //访问根结点
PreOrderTraverse(T->lchild); //递归遍历左子树
PreOrderTraverse(T->rchild); //递归遍历右子树
}
}

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中序遍历算法

Status InOrderTraverse(BiTree T){
if(T==NULL) return OK; //空二叉树
else{
InOrderTraverse(T->lchild); //递归遍历左子树
cout<<T->data; //访问根结点
InOrderTraverse(T->rchild); //递归遍历右子树
}
}

后序遍历算法

Status PostOrderTraverse(BiTree T){
if(T==NULL) return OK; //空二叉树
else{
PostOrderTraverse(T->lchild); //递归遍历左子树
PostOrderTraverse(T->rchild); //递归遍历右子树
cout<<T->data; //访问根结点
}
}

时间效率:O(n) //每个结点只访问一次
空间效率:O(n) //栈占用的最大辅助空间

二叉树的建立

void CreateBiTree(BiTree &T){
cin>>ch;
if (ch==’#’) T=NULL; //递归结束,建空树
else{
T=new BiTNode; T->data=ch; //生成根结点
CreateBiTree(T->lchild); //递归创建左子树
CreateBiTree(T->rchild); //递归创建右子树
}
}

二叉树遍历算法的应用

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int NodeCount(BiTree T){
if(T == NULL ) return 0;
else return NodeCount(T->lchild)+NodeCount(T->rchild)+1;
}

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int LeadCount(BiTree T){
if(T==NULL) //如果是空树返回0
return 0;
if (T->lchild == NULL && T->rchild == NULL)
return 1; //如果是叶子结点返回1
else return LeadCount(T->lchild) + LeadCount(T->rchild);
}

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二叉链表空间效率这么低,能否利用这些空闲区存放有用的信息或线索?
——可以用它来存放当前结点的直接前驱和后继等线索,以加快查找速度。

线索化二叉树

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先序线索二叉树

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中序线索二叉树

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后序线索二叉树

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5.6  树和森林

树的存储结构--二叉链表表示法

typedef struct CSNode{
ElemType data;
struct CSNode *firstchild,*nextsibling;
}CSNode,*CSTree;

树和森林的转换。。。

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5.7  哈夫曼树及其应用

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。。。。。

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