二叉排序树分析

先看一个需求:
给定一个数列, 要求能够对其高效的完成数据的查询和添加

对于数据的查询和添加, 我们之前使用的是数组或者链表
但是这两种数据结构是各自有缺陷的
在这里插入图片描述
那有没有一种数据结构
能够实现查询和添加数据都十分的高效
就是二叉排序树
BST (要求: 对于树中的每一个非叶子结点, 左节点要小于当前节点, 而右节点要大于当前节点)
添加操作(将数列构建成二叉排序树)
在这里插入图片描述

public class ErchapaixushuTest {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        int[] arr = {
    
    8,8,2,45,335,22,0,54,2,3};
        BSTTree bstTree = new BSTTree();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++){
    
    
            bstTree.add(new BSTNode(arr[i]));
        }
        bstTree.zhongxu();
    }
}

//二叉排序树
class BSTTree{
    
    
    public BSTNode root;

    //添加节点
    public void add(BSTNode node){
    
    
        if (root == null){
    
    
            root = node;
            return;
        }
        root.addNewNode(node);
    }
    //遍历中序
    public void zhongxu(){
    
    
        if (root != null){
    
    
            root.zhongxu();
        }else{
    
    
            System.out.println("空树");
        }
    }
}

//树节点
class BSTNode{
    
    
    int value;
    BSTNode left;
    BSTNode right;

    public BSTNode(int value) {
    
    
        this.value = value;
    }

    //add
    public void addNewNode(BSTNode node){
    
    
        //判断和当前节点的大小关系
        if (node.value < this.value){
    
    
            if (this.left == null){
    
    
                this.left = node;
            }else{
    
    
                this.left.addNewNode(node);  //如果当前节点有左节点, 就用左节点来递归调用add
            }
        }else{
    
    
            if (this.right == null){
    
    
                this.right = node;
            }else{
    
    
                this.right.addNewNode(node);  //如果当前节点有右节点, 就用右节点来递归调用add
            }
        }
    }

    //中序遍历就刚好是升序
    public void zhongxu(){
    
    
        if (this.left!= null){
    
    
            this.left.zhongxu();
        }
        System.out.println(this);
        if (this.right!= null){
    
    
            this.right.zhongxu();
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
    
    
        return "BSTNode{" +
                "value=" + value +
                '}';
    }
}

BSTNode{
    
    value=0}
BSTNode{
    
    value=2}
BSTNode{
    
    value=2}
BSTNode{
    
    value=3}
BSTNode{
    
    value=8}
BSTNode{
    
    value=8}
BSTNode{
    
    value=22}
BSTNode{
    
    value=45}
BSTNode{
    
    value=54}
BSTNode{
    
    value=335}

删除操作 (分删除的是叶子节点, 是只有一个子树的节点, 是有两个子树的节点)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
由以上思路分析可知, 有共同的步骤就是
找到要删除的节点和找到要删除节点的父节点

public class ErchapaixushuTest {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        int[] arr = {
    
    8,8,2,45,335,22,0,54,2,3};
        BSTTree bstTree = new BSTTree();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++){
    
    
            bstTree.add(new BSTNode(arr[i]));
        }
        System.out.println("删除前");
        bstTree.zhongxu();
        //测试删除
        bstTree.delNode(8);
        System.out.println("删除后");
        bstTree.zhongxu();
    }
}

//二叉排序树
class BSTTree{
    
    
    public BSTNode root;

    //添加节点
    public void add(BSTNode node){
    
    
        if (root == null){
    
    
            root = node;
            return;
        }
        root.addNewNode(node);
    }
    //遍历中序
    public void zhongxu(){
    
    
        if (root != null){
    
    
            root.zhongxu();
        }else{
    
    
            System.out.println("空树");
        }
    }

    //找到要删除的节点
    public BSTNode searchOfDel(int value){
    
    
        if (root == null){
    
    
            return null;
        }else{
    
    
            return root.searchOfDel(value);
        }
    }
    //找到要删除的节点的父节点
    public BSTNode searchOfDelParent(int value){
    
    
        if (root == null){
    
    
            return null;
        }else if (value == root.value){
    
       /1
            //如果要删除的点是根节点, 也是没有父节点
            return null;
        }else{
    
    
            return root.searchOfDelParent(value);  //也就是说必须确保要删除的点不是根节点, 而且确实树中有要删除的节点, 才能return出一个父节点
        }
    }
    //找到要删除节点的右子树中的最小节点的值, 并删除该最小节点
    public int getMinOfTarget(BSTNode target){
    
    
        //创建一个指针
        BSTNode minNode = target.right;  //也可以在左子树找最大的
        while(minNode.left != null){
    
    
            minNode = minNode.left;
        }
        if (minNode.value == target.value){
    
     //说明要删除的节点的值和它的右节点的值是一样的   //如果没有这个if, 有相等的值会死循环
            //直接让要删除的节点的右节点向下跳一位, //为什么可以这样呢, 因为此时该最小节点必定没有左子树
            target.right = minNode.right;
            minNode.right = null;      //2
        }else{
    
    
            delNode(minNode.value);
        }
        return minNode.value;
    }
    //删除节点
    public void delNode(int value){
    
    
        if (root == null){
    
    
            return;
        }else{
    
    
            //先找到要删除的节点
            BSTNode target = searchOfDel(value);
            if (target == null){
    
       //树中没有目标节点
                return;
            }
            //再找到要删除节点的父节点 , 如果上面没有发生return, 说明target不为null, 说明确实有这个节点
            BSTNode targetParent = searchOfDelParent(value);
            if (targetParent != null){
    
     //说明有父节点, 要删除的节点不是根节点
                if (target.left == null && target.right == null){
    
      //说明要删除的节点没有子树, 也就是叶子结点
                    //那么我们就要判断该节点是父节点的右还是左
                    if (targetParent.left != null && targetParent.left.value == value){
    
     //说明是左
                        targetParent.left = null;
                    }else if (targetParent.right != null && targetParent.right.value == value){
    
     //说明是右
                        targetParent.right = null;
                    }
                    //到这里是叶子结点的情况就处理完毕
                }else if (target.left != null && target.right != null){
    
     //说明有左右子树
                    //先找到替换当前节点的值, 同时删除那个最小节点
                    int temp = getMinOfTarget(target);
                    //重置当前节点的值
                    target.value = temp;
                }else{
    
     //只有一个子树
                    if (target.left != null){
    
     //是左子树
                        if (targetParent.left.value == value){
    
      //是父节点的左节点
                            targetParent.left = target.left;
                        }else{
    
    
                            targetParent.right = target.left;
                        }
                    }else{
    
      //是右子树
                        if (targetParent.left.value == value){
    
     //是父节点的左节点
                            targetParent.left = target.right;
                        }else{
    
    
                            targetParent.right = target.right;
                        }
                    }
                }
            }else{
    
      //没有父节点, 说明要删除的点正好是树的根节点,
                //判断有没有左右子树
                if (root.left == null && root.right == null){
    
    
                    //直接变空树
                    root = null;
                }else if (target.left != null && target.right != null){
    
     //说明有左右子树
                    //先找到替换当前节点的值, 同时删除那个最小节点
                    int temp = getMinOfTarget(target);
                    //重置当前节点的值
                    target.value = temp;
                }else{
    
     //只有一个子树
                    if (target.left != null){
    
      //说明是有左子树
                        root = target.left;
                        target.left = null;
                    }else{
    
    
                        root = target.right;
                        target.right = null;  //断开联系好被回收
                    }
                }
            }
        }
    }
}

//树节点
class BSTNode{
    
    
    int value;
    BSTNode left;
    BSTNode right;

    public BSTNode(int value) {
    
    
        this.value = value;
    }

    //add
    public void addNewNode(BSTNode node){
    
    
        //判断和当前节点的大小关系
        if (node.value < this.value){
    
    
            if (this.left == null){
    
    
                this.left = node;
            }else{
    
    
                this.left.addNewNode(node);  //如果当前节点有左节点, 就用左节点来递归调用add
            }
        }else{
    
    
            if (this.right == null){
    
    
                this.right = node;
            }else{
    
    
                this.right.addNewNode(node);  //如果当前节点有右节点, 就用右节点来递归调用add
            }
        }
    }

    //中序遍历就刚好是升序
    public void zhongxu(){
    
    
        if (this.left!= null){
    
    
            this.left.zhongxu();
        }
        System.out.println(this);
        if (this.right!= null){
    
    
            this.right.zhongxu();
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
    
    
        return "BSTNode{" +
                "value=" + value +
                '}';
    }

    //删除节点--------
    //找到要删除的节点
    public BSTNode searchOfDel(int value){
    
    
        if (this.value == value){
    
    
            return this;
        }else if (value < this.value){
    
    
            if (this.left == null){
    
    
                return null;
            }else{
    
    
                return this.left.searchOfDel(value);
            }
        }else{
    
    
            if (this.right == null){
    
    
                return null;
            }else{
    
    
                return this.right.searchOfDel(value);
            }
        }
    }
    //找到要删除的节点的父节点  //这里有一个隐藏的Bug : 就是如果根节点的右节点刚好是等于根节点的value那就会造成我们要删除的节点正好的根节点时, 根节点还是自己的父节点, 所以在树中要有一个判断才行
    public BSTNode searchOfDelParent(int value){
    
    
        if ((this.left != null && this.left.value == value) || (this.right != null && this.right.value == value)){
    
    
            return this;
        }else if (value < this.value && this.left != null){
    
    
            return this.left.searchOfDelParent(value);
        }else if (value >= this.value && this.right != null){
    
    
            return this.right.searchOfDelParent(value);
        }else{
    
    
            return null;
        }
    }
}

注意: 这其中有两个地方是我自己经过排查之后, 弥补的两个BUg

删除前
BSTNode{
    
    value=0}
BSTNode{
    
    value=2}
BSTNode{
    
    value=2}
BSTNode{
    
    value=3}
BSTNode{
    
    value=8}
BSTNode{
    
    value=8}
BSTNode{
    
    value=22}
BSTNode{
    
    value=45}
BSTNode{
    
    value=54}
BSTNode{
    
    value=335}
删除后
BSTNode{
    
    value=0}
BSTNode{
    
    value=2}
BSTNode{
    
    value=2}
BSTNode{
    
    value=3}
BSTNode{
    
    value=8}
BSTNode{
    
    value=22}
BSTNode{
    
    value=45}
BSTNode{
    
    value=54}
BSTNode{
    
    value=335}

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