数据结构与算法实验 实验6：二叉树ADT的二叉链式实现 （由完全前序序列创建二叉树 / 求二叉树的节点数/树高/叶子节点数 /先序中序后序层序遍历）

假设二叉数的数据元素为字符，采用二叉链式存储结构。请编码实现二叉树ADT，其中包括创建二叉树、遍历二叉树（深度、广度）、求二叉树的深度（高度）、计算二叉树的元素个数、计算二叉树的叶子数、二叉树的格式输出等。

根据输入的符号，执行相应的操作。如下：

C：创建二叉树，创建成功输出 “Created success!”。要求实现两种创建算法。输入数字“1" ，是根据完全前序序列创建二叉树，#表示空结点（空子树）；下一行输入二叉树的完全前序序列。 输入数字“2”，是根据二叉树的前序和中序序列创建二叉树，后面有三行，分别输入元素个数、前序序列和中序序列。

H：求二叉树的高度； 输出： Height=高度
L：计算二叉树的叶子数；输出：Leaves=叶子个数

N：计算二叉树中元素总个数；输出：Nodes=结点个数

1：先序遍历二叉树；输出：Preorder is:序列 .

2：中序遍历二叉树；输出：Inorder is:序列 .

3：后序遍历二叉树；输出：Postorder is:序列 .

4：广度遍历二叉树；输出：BFSorder is:序列 .

F：查找值为x的结点个数；输出：The count of x is 个数 .

P：以目录缩格文本形式输出所有节点。输出：The tree is:（换行，下面各行是输出的二叉树）

X：退出

测试用例：
输入：
test1：

C
1
ABC##DE#G##F###
H
L
N
1
2
3
4
F
A
P
X

result1：

Created success!
Height=5
Leaves=3
Nodes=7
Preorder is:A B C D E G F .
Inorder is:C B E G D F A .
Postorder is:C G E F D B A .
BFSorder is:A B C D E F G .
The count of A is 1
The tree is:
A
  B
    C
    D
      E
        G
      F

test2：

C
1
+-*1##2##-3##4##/+5##6##*7##8##
H
L
N
1
2
3
4
F
+
P
X

result2：

Created success!
Height=4
Leaves=8
Nodes=15
Preorder is:+ - * 1 2 - 3 4 / + 5 6 * 7 8 .
Inorder is:1 * 2 - 3 - 4 + 5 + 6 / 7 * 8 .
Postorder is:1 2 * 3 4 - - 5 6 + 7 8 * / + .
BFSorder is:+ - / * - + * 1 2 3 4 5 6 7 8 .
The count of + is 2
The tree is:
+
  -
    *
      1
      2
    -
      3
      4
  /
    +
      5
      6
    *
      7
      8

test3：

C
2
6
abdcef
dbaecf
H
L
N
1
2
3
4
F
+
P
X

result3：

Created success!
Height=3
Leaves=3
Nodes=6
Preorder is:a b d c e f .
Inorder is:d b a e c f .
Postorder is:d b e f c a .
BFSorder is:a b c d e f .
The count of + is 0
The tree is:
a
  b
    d
  c
    e
    f

题意：
题目中比较难理解的是那个‘P’：“以目录缩格文本形式输出所有节点”，观察样例我们可以发现：按行输出的顺序来看，其实是按先根序列的顺序输出，然后每个节点前带上当前节点所在的层数l*2-2的空格

思路：
由先序和中序序列建树可以参考这篇文章，
节点数我们可以在建树时就求出，叶子数和树高可以使用层序遍历求出，查找操作也可以通过层序遍历完成。

#include <iostream>
#include <queue>
#include <cstdio>
using namespace std;

struct node
{
    char x;
    node* lson;
    node* rson;
    int l;
    node(){l=-1;}
};

char pre[1000],in[1000];
int Height=0,Nodes=0,Leaves=0;
void creat(node* &root,int l)///完全先序序列建树
{
    root=new node;
    char c;cin>>c;
    if(c=='#') root=NULL;
    else
    {
        root->x=c;
        Nodes++;
        Height=max(l,Height);///计算层高
        creat(root->lson,l+1);
        creat(root->rson,l+1);
    }
}

node* recreat(int prel,int prer,int inl, int inr)///先序中序建树
{
    if(prel>prer) return NULL;
    node *root=new node;
    root->x=pre[prel];
    int k;
    for(k=inl;k<inr;k++)
    {
        if(in[k]==pre[prel])
            break;
    }
    int num=k-inl;
    root->lson=recreat(prel+1,prel+1+num-1,inl,k-1);
    root->rson=recreat(prel+num+1,prer,k+1,inr);
    return root;
}

void order(node* Node,int type)///先中后序遍历
{
    if(Node==NULL) return;
    if(type==1)cout<<Node->x<<" ";
    order(Node->lson,type);
    if(type==2)cout<<Node->x<<" ";
    order(Node->rson,type);
    if(type==3)cout<<Node->x<<" ";
}

int Findcnt=0;
char sign;
void LayerOrder(node* e,int type)///type=0计算层高和叶子数，type=1层序遍历输出，type=2查找sign有几个
{
    if(type==1) cout<<"BFSorder is:";
    if(e==NULL) return;
    e->l=1;
    queue<node*> q;
    q.push(e);
    while(!q.empty())
    {
        node* temp=q.front();
        if(type==2&&temp->x==sign) Findcnt++;
        q.pop();
        if(type==1)printf("%c ",temp->x);
        if(temp->lson)
        {
            temp->lson->l=temp->l+1;
            if(type==1)Height=max(Height,temp->lson->l);
            q.push(temp->lson);
        }
        if(temp->rson)
        {
            temp->rson->l=temp->l+1;
            if(type==0)Height=max(Height,temp->rson->l);
            q.push(temp->rson);
        }
        if(type==0&&!temp->rson&&!temp->lson)///没有左右孩子，说明到叶子节点
            Leaves++;
    }
    if(type==1) cout<<".\n";
    return;
}

void Porder(node* Node)///以目录缩格文本形式输出所有节点
{
    if(Node==NULL) return;
    for(int i=1;i<=Node->l*2-2;i++) cout<<' ';
    cout<<Node->x<<'\n';
    Porder(Node->lson);
    Porder(Node->rson);
}

int main()
{
    node* root;
    char c;
    for(int i=1;i<=11;i++)
    {
        cin>>c;
        if(c=='C')
        {
            Nodes=Leaves=Height=0;
            int t;cin>>t;
            if(t==1)  creat(root,1);
            if(t==2)
            {
                int n;cin>>n;Nodes=n;
                for(int i=0;i<n;i++) cin>>pre[i];
                for(int i=0;i<n;i++) cin>>in[i];
                root=recreat(0,n-1,0,n-1);///注意区间是(0,n-1),不是(0,n);否则会多0出来
            }
            LayerOrder(root,0);///计算层高和叶子数
            cout<<"Created success!"<<endl;
        }
        if(c=='H') cout<<"Height="<<Height<<endl;
        if(c=='L') cout<<"Leaves="<<Leaves<<endl;
        if(c=='N') cout<<"Nodes="<<Nodes<<endl;
        if(c=='1'||c=='2'||c=='3')
        {
            if(c=='1')cout<<"Preorder is:";
            if(c=='2')cout<<"Inorder is:";
            if(c=='3')cout<<"Postorder is:";
            order(root,c-'0');
            cout<<".\n";
        }
        if(c=='4') LayerOrder(root,1);
        if(c=='F')
        {
            cin>>sign;
            Findcnt=0;
            LayerOrder(root,2);
            cout<<"The count of "<<sign<<" is "<<Findcnt<<endl;
        }
        if(c=='P')
        {
            cout<<"The tree is:"<<endl;
            Porder(root);
        }
        if(c=='X')return 0;
    }
    return 0;
}