二叉树详解:带你掌握二叉树

前言

因为二叉树是一种特殊的树,所以想要学习好二叉树,必须了解树型结构,知道树的基本概念。所以正式开始学习之前,在前面为大家引入了树的概念。

1. 树型结构

1. 1 树的概念

树是一种非线性的数据结构,它是有n个节点构成的集合,把它称为树,是因为这种结构看起来就像一个倒挂的树,根在上面,叶在下面。
树树

1.2 树的特点

  • 有一个特殊的节点,没有前驱节点,我们将此称为根节点。
  • 树是递归定义的。
  • 树的任何节点都可以有任意后继,但是它们不会交叉。
  • 树是一个非线性数据结构。

1.3 树的相关术语

  • 根节点:一个特殊节点,没有前驱节点;上图:第一个1 。
  • 节点的度:一个节点拥有的子树的多少,就是该节点的度;上图:9的度为:2 。
  • 树的度:一棵树最大节点的度就是树的度; 上图:最大的节点的度为3 ,则树的度为3 。
  • 叶节点:又称叶子节点,终端节点,度为零的节点;上图:3、4等都是叶节点。
  • 父节点:又称双亲节点,父亲节点,一个节点有子节点,则就是这是字节点的父节点;上图:9是3的父节点。
  • 子节点:又称孩子节点,一个节点下面与连接的节点就是子节点;上图:3是9的子节点。
  • 节点的层次:根节点为第一层,根节点的子节点为第二层,以此类推。
  • 树的高度或深度:树中最大的节点的层次。

2. 二叉树(binary tree)

2.1 二叉树的概念

二叉树是一种树形数据结构,是一种特殊的树,二叉树中每个节点最多只能有两个子节点,并且二叉树的次序是不可颠倒的,是一颗有序树。
树
树

2.2 二叉树中的特殊树

二叉树是一种特殊的树,而特殊树中还会有特殊。

2.2.1 满二叉树

一棵二叉树,如果每层的结点数都达到最大值,则这棵二叉树就是满二叉树。也就是说,如果一棵
二叉树的层数为K,且结点总数是 ,则它就是满二叉树。
在这里插入图片描述

2.2.2 完全二叉树

完全二叉树是效率很高的数据结构,完全二叉树是由满二叉树而引出来的。对于深度为K的,有n
个结点的二叉树,当且仅当其每一个结点都与深度为K的满二叉树中编号从0至n-1的结点一一对应时称之为完全二叉树。 要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉树。
在这里插入图片描述

2.3 二叉树的性质

  1. 二叉树是由节点和边构成的树形结构,每个节点最多有两个子节点,分别称为左子节点和右子节点,没有子节点的节点称为叶子节点。
  2. 二叉树有一个根节点,其它节点都是根节点的子节点。根节点没有父节点。
  3. 对于一个有n个节点的二叉树,设其高度为h,则h的取值范围为1到n,且h为log2(n+1)向上取整。
  4. 在二叉树的第i层上,最多有2^(i-1)个节点。
  5. 若深度为h的二叉树满足:每个节点都有两个子节点,且所有叶子节点都在第h层或h-1层,则称该树为满二叉树。满二叉树的节点数为2^h-1。
  6. 若深度为h的二叉树最后一层只有叶子节点,其它层都是满的,则称该树为完全二叉树。完全二叉树的节点数在1到2^(h-1)之间。
  7. 若二叉树的左右子树可以交换位置且仍为同一棵树,则该二叉树为镜像二叉树。1. 二叉树是由节点和边构成的树形结构,每个节点最多有两个子节点,分别称为左子节点和右子节点,没有子节点的节点称为叶子节点。
    一些练习的题
    1.某二叉树共有 399 个结点,其中有 199 个度为 2 的结点,则该二叉树中的叶子结点数为( )
    A 不存在这样的二叉树
    B 200
    C 198
    D 199
    2.在具有 2n 个结点的完全二叉树中,叶子结点个数为( )
    A n
    B n+1
    C n-1
    D n/2
    3.一个具有767个节点的完全二叉树,其叶子节点个数为()
    A 383
    B 384
    C 385
    D 386
    4.一棵完全二叉树的节点数为531个,那么这棵树的高度为( )
    A 11
    B 10
    C 8
    D 12
    答案:
    1.B
    2.A
    3.B
    4.B

3. 二叉树的遍历

二叉树的遍历是一个重要的点,是一个必须要掌握的点,遍历分为前中后序遍历,层序遍历四种。我们将使用这张图详细介绍一下。
遍历(Traversal)是指沿着某条搜索路线,依次对树中每个结点均做一次且仅做一次访问。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。
遍历是二叉树上最重要的操作之一,是二叉树上进行其它运算之基础。
在这里插入图片描述

3.1 前序遍历

前序遍历的遍历顺序:访问根结点—>根的左子树—>根的右子树。
遍历结果:123456
遍历
如上图:遍历根节点1,然后遍历左子树2,一直遍历到左子树为null。然后返回途中遍历右子树,3的右子树为null。然后返回到2,2的右子树为null,返回到根节点1。1的左树已经遍历一遍,所以继续遍历1的右子树4,然后先遍历左子树5,5的左右都为空,则返回遍历4的右子树6。6的左右都为空,原路返回,到根节点遍历结束。

3.2 中序遍历

根的左子树—>根节点—>根的右子树。
遍历结果:321546

3.3 后序遍历

根的左子树—>根的右子树—>根节点。
遍历结果:325641

3.4 层序遍历

除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外,还可以对二叉树进行层序遍历。设二叉树的根节点所在
层数为1,层序遍历就是从所在二叉树的根节点出发,首先访问第一层的树根节点,然后从左到右访问第2层上的节点,接着是第三层的节点,以此类推,自上而下,自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历。
遍历结果:124356

一些练习选择题

  1. 某完全二叉树按层次输出(同一层从左到右)的序列为 ABCDEFGH 。该完全二叉树的前序序列为()
    A: ABDHECFG B: ABCDEFGH C: HDBEAFCG D: HDEBFGCA
  2. 二叉树的先序遍历和中序遍历如下:先序遍历:EFHIGJK;中序遍历:HFIEJKG.则二叉树根结点为()
    A: E B: F C: G D: H
  3. 设一课二叉树的中序遍历序列:badce,后序遍历序列:bdeca,则二叉树前序遍历序列为()
    A: adbce B: decab C: debac D: abcde
  4. 某二叉树的后序遍历序列与中序遍历序列相同,均为 ABCDEF ,则按层次输出(同一层从左到右)的序列为()
    A: FEDCBA B: CBAFED C: DEFCBA D: ABCDEF
    【参考答案】 1. A 2. A 3. D 4. A

总结

这篇博客主要为大家带来树及二叉树的基本概念,性质,遍历方式等,下篇博客将为大家带来代码的实现以及应用。
期待大家关注!
最后,祝大家61快乐,天天开心!

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