二叉树基础(上)

  • 首先来看,什么是“树”?再完备的定义,都没有图直观。所以我在图中画了几棵“树”。你来看看,这些“树”都有什么特征?
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  • 树里面每个元素我们叫作“节点”;用来连线相邻节点之间的关系,我们叫作“父子关系”。
  • 比如下面这幅图,A节点就是B节点的父节点,B节点是A节点的子节点。B、C、D这三个节点的父节点是同一个节点,所以它们之间互称为兄弟节点。我们把没有 父节点的节点叫作根节点,也就是图中的节点E。我们把没有子节点的节点叫作叶子节点或者叶节点,比如图中的G、H、I、J、K、L都是叶子节点
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  • 除此之外,关于“树”,还有三个比较相似的概念:高度(Height)、深度(Depth)、层(Level)。它们的定义是这样的:
    (1)节点的高度=节点到叶子节点的最长路径
    (2)节点的深度=根节点到这个节点所经历的边的个数
    (3)节点的层数=节点的深度+1
    (4)树的高度=根节点的高度
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二叉树

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  • 二叉树,顾名思义,每个节点最多有两个子节点,分别是左子节点和右子节点。不过,二叉树并不要求每个节点都有两个子节点,有的节点只 有左子节点,有的节点只有右子节点。
  • 在上图中,编号2的二叉树中,叶子节点全都在最底层,除了叶子节点之外,每个节点都有左右两个子节点,这种二叉树就叫作满二叉树。
  • 编号3的二叉树中,叶子节点都在最底下两层,最后一层的叶子节点都靠左排列,并且除了最后一层,其他层的节点个数都要达到最大,这种二叉树叫作完全二叉树。

二叉树的存储

想要存储一棵二叉树,有两种方法,一种是基于指针或者引用的二叉链式存储法,一种是基于数组的顺序存储法。

  • 我们先来看比较简单、直观的链式存储法。从图中你应该可以很清楚地看到,每个节点有三个字段,其中一个存储数据,另外两个是指向左右子节点的指针。我 们只要拎住根节点,就可以通过左右子节点的指针,把整棵树都串起来。这种存储方式我们比较常用。大部分二叉树代码都是通过这种结构来实现的
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  • 我们再来看,基于数组的顺序存储法。我们把根节点存储在下标i = 1的位置,那左子节点存储在下标2 * i = 2的位置,右子节点存储在2 * i + 1 = 3的位置。以此类 推,B节点的左子节点存储在2 * i = 2 * 2 = 4的位置,右子节点存储在2 * i + 1 = 2 * 2 + 1 = 5的位置。
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  • 不过,我刚刚举的例子是一棵完全二叉树,所以仅仅“浪费”了一个下标为0的存储位置。如果是非完全二叉树,其实会浪费比较多的数组存储空间,例如下面这个例子。
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  • 数组顺序存储的方式比较适合完全二叉树,其他类型的二叉树用数组存储会比较浪费存储空间。

二叉树的遍历

  • 前序遍历是指,对于树中的任意节点来说,先打印这个节点,然后再打印它的左子树,最后打印它的右子树。
  • 中序遍历是指,对于树中的任意节点来说,先打印它的左子树,然后再打印它本身,最后打印它的右子树。
  • 后序遍历是指,对于树中的任意节点来说,先打印它的左子树,然后再打印它的右子树,最后打印这个节点本身。
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  • 二叉树里非常重要的操作就是前、中、后序遍历操作,遍历的时间复杂度是O(n)。

二叉树遍历代码实现

前序遍历的递推公式: preOrder(r) = print r->preOrder(r->left)->preOrder(r->right)

中序遍历的递推公式: inOrder(r) = inOrder(r->left)->print r->inOrder(r->right) 

后序遍历的递推公式: postOrder(r) = postOrder(r->left)->postOrder(r->right)->print r
void preOrder(Node* root) {
    
      
   if (root == null) return;  print root // 此处为伪代码,表示打印root节点  
   preOrder(root->left);  
   preOrder(root->right); 
} 
void inOrder(Node* root) {
    
      
   if (root == null) return;  
   inOrder(root->left);  
   print root // 此处为伪代码,表示打印root节点  
   inOrder(root->right); 
} 
void postOrder(Node* root) {
    
      
   if (root == null) return;  
   postOrder(root->left);  
   postOrder(root->right);  
   print root // 此处为伪代码,表示打印root节点 
} 

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