7.2 二叉树的遍历(python数据结构与算法)

  • 树的遍历是树的一种重要的运算。所谓遍历是指对树中所有结点的信息的访问,即依次对树中每个结点访问一次且仅访问一次,我们把这种对所有节点的访问称为遍历(traversal)。那么树的两种重要的遍历模式是深度优先遍历和广度优先遍历,深度优先一般用递归,广度优先一般用队列。一般情况下能用递归实现的算法大部分也能用堆栈来实现。

广度优先遍历(层次遍历)

  • 从树的根节点开始,从上到下从从左到右遍历整个树的节点

    python实现

        def breath_traval(self):
            """使用广度优先,进行遍历"""
            queue = []
            queue.append(self.root_node)
    
            while queue:
                cur_node = queue.pop(0)
                print(cur_node.elem, end=" ")
                if cur_node.lchild is not None:
                    queue.append(cur_node.lchild)
                if cur_node.rchild is not None:
                    queue.append(cur_node.rchild)
    

深度优先遍历

对于一颗二叉树,深度优先搜索(Depth First Search)是沿着树的深度遍历树的节点,尽可能深的搜索树的分支。
那么深度遍历有重要的三种方法。这三种方式常被用于访问树的节点,它们之间的不同在于访问每个节点的次序不同。这三种遍历分别叫做 先序遍历(preorder)中序遍历(inorder)后序遍历(postorder)。我们来给出它们的详细定义,然后举例看看它们的应用。

  1. 先序遍历 :在先序遍历中,我们先访问根节点,然后递归使用先序遍历访问左子树,再递归使用先序遍历访问右子树
    根节点->左子树->右子树

    python实现

        def preorder(self, root_node):
            """先序遍历(根节点——>左节点——>右节点"""
            if root_node == None:
                return
            # 根节点
            print(root_node.elem, end=" ")
            # 左节点
            self.preorder(root_node.lchild)
            # 右节点
            self.preorder(root_node.rchild)
    
  2. 中序遍历 :在中序遍历中,我们递归使用中序遍历访问左子树,然后访问根节点,最后再递归使用中序遍历访问右子树
    左子树->根节点->右子树

    python实现

        def inorder(self, root_node):
            """中序遍历(左节点——>根节点——>右节点)"""
            if root_node == None:
                return
            # 左节点
            self.inorder(root_node.lchild)
            # 根节点
            print(root_node.elem, end=" ")
            # 右节点
            self.inorder(root_node.rchild)
    
  3. 后序遍历 :在后序遍历中,我们先递归使用后序遍历访问左子树和右子树,最后访问根节点
    左子树->右子树->根节点

    python实现

        def postorder(self, root_node):
            """后序遍历(左节点——>右节点——>根节点)"""
            if root_node == None:
                return
            # 左节点
            self.postorder(root_node.lchild)
            # 右节点
            self.postorder(root_node.rchild)
            # 根节点
            print(root_node.elem, end=" ")
    
    

python实现下图所示效果

在这里插入图片描述

class Node(object):
    """节点类"""
    def __init__(self, item):
        self.elem = item
        self.lchild = None
        self.rchild = None


class Tree(object):
    """树类(初始化空树)"""
    def __init__(self):
        self.root_node = None

    def add(self, item):
        """将节点添加到树中"""
        node = Node(item)

        # 一开始是树中没有节点的情况
        if self.root_node == None:
            self.root_node = node
            return
        queue = []   # 模拟队列的结构
        queue.append(self.root_node)

        while queue:
            cur_node = queue.pop(0)
            # 左子节点
            if cur_node.lchild is None:
                cur_node.lchild = node
                return
            else:
                queue.append(cur_node.lchild)
            # 右子节点
            if cur_node.rchild is None:
                cur_node.rchild = node
                return
            else:
                queue.append(cur_node.rchild)

    def breath_traval(self):
        """使用广度优先,进行遍历"""
        queue = []
        queue.append(self.root_node)

        while queue:
            cur_node = queue.pop(0)
            print(cur_node.elem, end=" ")
            if cur_node.lchild is not None:
                queue.append(cur_node.lchild)
            if cur_node.rchild is not None:
                queue.append(cur_node.rchild)

    def preorder(self, root_node):
        """先序遍历(根节点——>左节点——>右节点)"""
        if root_node == None:
            return
        # 根节点
        print(root_node.elem, end=" ")
        # 左节点
        self.preorder(root_node.lchild)
        # 右节点
        self.preorder(root_node.rchild)

    def inorder(self, root_node):
        """中序遍历(左节点——>根节点——>右节点)"""
        if root_node == None:
            return
        # 左节点
        self.inorder(root_node.lchild)
        # 根节点
        print(root_node.elem, end=" ")
        # 右节点
        self.inorder(root_node.rchild)

    def postorder(self, root_node):
        """后序遍历(左节点——>右节点——>根节点)"""
        if root_node == None:
            return
        # 左节点
        self.postorder(root_node.lchild)
        # 右节点
        self.postorder(root_node.rchild)
        # 根节点
        print(root_node.elem, end=" ")


if __name__ == "__main__":
    tree = Tree()
    tree.add(0)
    tree.add(1)
    tree.add(2)
    tree.add(3)
    tree.add(4)
    tree.add(5)
    tree.add(6)
    tree.add(7)
    tree.add(8)
    tree.add(9)
    tree.breath_traval()
    print("\n")
    tree.preorder(tree.root_node)
    print("\n")
    tree.inorder(tree.root_node)
    print("\n")
    tree.postorder(tree.root_node)

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