【软考】 数据结构 - 树结构 - 二叉搜索树(Binary Search Tree,BST)

一、BST二叉搜索树是什么?

BST(Binary Search Tree)是一种二叉搜索树
BST二叉搜索树是一种有序的、树形数据结构

二、BST二叉搜索树的性质

BST二叉搜索树具有以下性质:

  • 每个节点有0个或2个子节点(最多有两个子节点)。
  • 对于每个节点,
    • 其左子树的所有节点的值都小于该节点的值(左子节点的值小于父节点的值)
    • 而右子树的所有节点的值都大于该节点的值(右子节点的值大于父节点的值)。

三、BST二叉搜索树的时间复杂度

BST二叉搜索树这种结构/特质,使得在树中查找某个元素具有很好的性能

  • 在BST中,平均时间复杂度为 O(log n)。
  • 在BST中,查找、插入和删除的时间复杂度均为O(log n),其中n为树中节点的数量。

四、BST二叉搜索树的应用

BST二叉搜索树用于高效地查找、插入和删除数据。

BST二叉搜索树可以用来实现很多数据结构和算法,例如:

4.1 有序集合

将元素插入到 BST 中时按照其值排序,
可以实现有序集合的常见操作,如查找、插入、删除等。

4.2 二叉搜索树

BST 是一种二叉搜索树,
因此可以用来实现二叉搜索树的常见操作,如查找、插入、删除等。

4.3 哈希表

将 BST 的每个节点作为哈希表的一个元素,
可以实现快速查找和插入操作。

4.4 最小堆

将 BST 的每个节点的值与其子节点的值比较,将最小值放在根节点上,
可以实现最小堆的常见操作,如查找、插入、删除等。

五、BST的构建过程

BST的构建过程如下:

根节点为要查找的第一个值。
如果当前节点的值等于要查找的值,返回该节点。
如果要查找的值小于当前节点的值,则在左子树中继续查找。
如果要查找的值大于当前节点的值,则在右子树中继续查找。
如果当前节点为叶子节点且要查找的值不在树中,则返回空节点或特殊标记表示未找到。

六、BST的插入过程

BST的插入过程如下:

从根节点开始遍历BST,找到要插入的位置。
如果当前节点的值等于要插入的值,直接返回该节点。
如果要插入的值小于当前节点的值,则在左子树中继续查找。
如果要插入的值大于当前节点的值,则在右子树中继续查找。
找到一个空位置,将新节点插入到该位置上,并更新父节点的指针。

七、BST的删除过程

BST的删除过程如下:

从根节点开始遍历BST,找到要删除的节点。
如果要删除的节点没有子节点,直接将其从树中删除。
如果要删除的节点只有一个子节点,将其子节点连接到其父节点上。
如果要删除的节点有两个子节点,找到该节点的前驱节点(即左子树中的最大值)或后继节点(即右子树中的最小值),用其代替要删除的节点的位置,并将其子节点连接到前驱节点或后继节点上。

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