数据结构(Java描述)之二叉树

基础概念  

  二叉树(binary tree)是一棵树,其中每个结点都不能有多于两个儿子。

  二叉排序树或者是一棵空树,或者是具有下列性质的二叉树:

    (1)若左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于或等于它的根结点的值;
    (2)若右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于或等于它的根结点的值;
    (3)左、右子树也分别为二叉排序树;

数据结构(Java描述)之二叉树

二叉树的遍历

  二叉树的遍历是指从根节点出发,按照某种次序依次访问二叉树中所有结点,使得每个结点被访问一次且仅被访问一次。二叉树的遍历方式有很多,主要有前序遍历,中序遍历,后序遍历。

前序遍历

  前序遍历的规则是:若二叉树为空,则空操作返回,否则先访问根节点,然后前序遍历左子树,再前序遍历右子树

数据结构(Java描述)之二叉树

中序遍历

  中序遍历的规则是:若树为空,则空操作返回;否则从根节点开始(注意并不是先访问根节点),中序遍历根节点的左子树,然后是访问根节点,最后中序遍历右子树。可以看到,如果是二叉排序树,中序遍历的结果就是个有序序列。

数据结构(Java描述)之二叉树

后序遍历

  后序遍历的规则是:若树为空,则空操作返回;然后先遍历左子树,再遍历右子树,最后访问根结点,在遍历左、右子树时,仍然先遍历左子树,然后遍历右子树,最后遍历根结点。

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删除结点

  对于二叉排序树的其他操作,比如插入,遍历等,比较容易理解;而删除操作相对复杂。对于要删除的结点,有以下三种情况:

  1.叶子结点;

  2.仅有左子树或右子树的结点

  3.左右子树都有结点

  对于1(要删除结点为叶子结点)直接删除,即直接解除父节点的引用即可,对于第2种情况(要删除的结点仅有一个儿子),只需用子结点替换掉父节点即可;而对于要删除的结点有两个儿子的情况,比较常用处理逻辑为,在其子树中找寻一个结点来替换,而这个结点我们成为中序后继结点。

数据结构(Java描述)之二叉树

  可以看到,我们找到的这个用来替换的结点,可以是删除结点的右子树的最小结点(6),也可以是其左子树的最大结点(4),这样可以保证替换后树的整体结构不用发生变化。为什么称为中序后继结点呢?我们来看下这棵树的中序遍历结果 1-2-3--5--7-8-9。可以很清晰的看到,其实要找的这个结点,可以是结点5的前驱或者后继。

代码实现

 package treeDemo;

 /**
  * Created by chengxiao on 2017/02/12.
  */
 public class BinaryTree {
     //根节点
     private Node root;
     /**
      * 树的结点
      */
     private static class Node{
         //数据域
         private long data;
         //左子结点
         private Node leftChild;
         //右子结点
         private Node rightChild;
         Node(long data){
             this.data = data;
         }
     }

     /**
      * 插入结点
      * @param data
      */
     public void insert(long data){
         Node newNode = new Node(data);
         Node currNode = root;
         Node parentNode;
         //如果是空树
         if(root == null){
             root = newNode;
             return;
         }
         while(true){
             parentNode = currNode;
             //向右搜寻
             if(data > currNode.data){
                 currNode = currNode.rightChild;
                 if(currNode == null){
                     parentNode.rightChild = newNode;
                     return;
                 }
             }else{
                 //向左搜寻
                 currNode = currNode.leftChild;
                 if(currNode == null){
                     parentNode.leftChild = newNode;
                     return;
                 }
             }
         }

     }

     /**
      * 前序遍历
      * @param currNode
      */
     public void preOrder(Node currNode){
         if(currNode == null){
             return;
         }
         System.out.print(currNode.data+" ");
         preOrder(currNode.leftChild);
         preOrder(currNode.rightChild);
     }

     /**
      * 中序遍历
      * @param currNode
      */
     public void inOrder(Node currNode){
         if(currNode == null){
             return;
         }
         inOrder(currNode.leftChild);
         System.out.print(currNode.data+" ");
         inOrder(currNode.rightChild);

     }

     /**
      * 查找结点
      * @param data
      * @return
      */
     public Node find(long data){
         Node currNode = root;
         while(currNode!=null){
             if(data>currNode.data){
                 currNode = currNode.rightChild;
             }else if(data<currNode.data){
                 currNode = currNode.leftChild;
             }else{
                 return currNode;
             }
         }
         return null;
     }

     /**
      * 后序遍历
      * @param currNode
      */
     public void postOrder(Node currNode){
         if(currNode == null){
             return;
         }
         postOrder(currNode.leftChild);
         postOrder(currNode.rightChild);
         System.out.print(currNode.data+" ");
     }

     /**
      * 删除结点 分为3种情况
      * 1.叶子结点
      * 2.该节点有一个子节点
      * 3.该节点有二个子节点
      * @param data
      */
     public boolean delete(long data) throws Exception {
         Node curr = root;
         //保持一个父节点的引用
         Node parent = curr;
         //删除为左结点还是右界定啊
         boolean isLeft = true;
         while(curr != null && curr.data!=data){
             parent = curr;
             if(data > curr.data){
                 curr = curr.rightChild;
                 isLeft = false;
             }else{
                 curr = curr.leftChild;
                 isLeft = true;
             }
         }
         if(curr==null){
             throw new Exception("要删除的结点不存在");
         }
         //第一种情况,要删除的结点为叶子结点
         if(curr.leftChild == null && curr.rightChild == null){
             if(curr == root){
                 root = null;
                 return true;
             }
             if(isLeft){
                 parent.leftChild = null;
             }else{
                 parent.rightChild = null;
             }
         }else if(curr.leftChild == null){
             //第二种情况,要删除的结点有一个子节点且是右子结点
             if(curr == root){
                 root = curr.rightChild;
                 return true;
             }
             if(isLeft){
                 parent.leftChild = curr.rightChild;
             }else{
                 parent.rightChild = curr.rightChild;
             }
         }else if(curr.rightChild == null){
             //第二种情况,要删除的结点有一个子节点且是左子结点
             if(curr == root){
                 root = curr.leftChild;
                 return true;
             }
             if(isLeft){
                 parent.leftChild = curr.leftChild;
             }else{
                 parent.rightChild = curr.leftChild;
             }
         }else{
             //第三种情况,也是最复杂的一种情况,要删除的结点有两个子节点,需要找寻中序后继结点
             Node succeeder = getSucceeder(curr);
             if(curr == root){
                 root = succeeder;
                 return  true;
             }
             if(isLeft){
                 parent.leftChild = succeeder;
             }else{
                 parent.rightChild = succeeder;
             }
             //当后继结点为删除结点的右子结点
             succeeder.leftChild = curr.leftChild;

         }
         return true;
     }
     public Node getSucceeder(Node delNode){
         Node succeeder = delNode;
         Node parent = delNode;
         Node currNode = delNode.rightChild;
         //寻找后继结点
         while(currNode != null){
             parent = succeeder;
             succeeder = currNode;
             currNode = currNode.leftChild;
         }
         //如果后继结点不是要删除结点的右子结点
         if(succeeder != delNode.rightChild){
             parent.leftChild = succeeder.rightChild;
             //将后继结点的左右子结点分别指向要删除结点的左右子节点
             succeeder.leftChild = delNode.leftChild;
             succeeder.rightChild = delNode.rightChild;
         }
         return succeeder;

     }
     public static void main(String []args) throws Exception {
         BinaryTree binaryTree = new BinaryTree();
         //插入操作
         binaryTree.insert(5);
         binaryTree.insert(2);
         binaryTree.insert(8);
         binaryTree.insert(1);
         binaryTree.insert(3);
         binaryTree.insert(6);
         binaryTree.insert(10);
         //前序遍历
         System.out.println("前序遍历:");
         binaryTree.preOrder(binaryTree.root);
         System.out.println();
         //中序遍历
         System.out.println("中序遍历:");
         binaryTree.inOrder(binaryTree.root);
         System.out.println();
         //后序遍历
         System.out.println("后序遍历:");
         binaryTree.postOrder(binaryTree.root);
         System.out.println();
         //查找结点
         Node node = binaryTree.find(10);
         System.out.println("找到结点,其值为:"+node.data);
         //删除结点
         binaryTree.delete(8);
         System.out.print("删除结点8,中序遍历:");
         binaryTree.preOrder(binaryTree.root);
     }
 }

执行结果

前序遍历:
5 2 1 3 8 6 10
中序遍历:
1 2 3 5 6 8 10
后序遍历:
1 3 2 6 10 8 5
找到结点,其值为:10
删除结点8,中序遍历:5 2 1 3 10 6 
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