1.什么是树?
树(Tree)是n(n>=0)个节点的有限集。n=0时称为空树。在任意一颗非空树中:
(1)有且仅有一个特定的称为根(Root)的节点;
(2)当n>1时,其余节点可分为m(m>0)个互不相交的有限集T1、T2、......、Tn,其中每一个集合本身又是一棵树,并且称为根的子树。
此外,树的定义还需要强调以下两点:
(3)n>0时根节点是唯一的,不可能存在多个根节点,数据结构中的树只能有一个根节点。
(4)m>0时,子树的个数没有限制,但它们一定是互不相交的。
如图一为一棵有10个节点的一般树:
2.树的基本内容定义
(1)节点的度:节点拥有的子树数目称为节点的度。
图二中标识了树的各个节点的度。
(2)节点关系:节点子树的根节点为该节点的孩子节点。相应该节点称为孩子节点的双亲节点。图3.2中,A为B的双亲节点,B为A的孩子节点。
同一个双亲节点的孩子节点之间互称兄弟节点。图二中,B与C互为兄弟节点,GHI互为兄弟节点,EF互为兄弟节点。
(3)节点层次:从根节点开始,根节点为第一层,根的孩子为第二层,以此类推。
图三表示了树的层次关系
(4)树的深度:树中节点的最大层次数称为树的深度或高度。图一所示树的深度为4。
3.二叉树
二叉树是n(n>=0)个节点的有限集合,该集合或者为空集(称为空二叉树),或者由一个根节点和两棵互不相交的、分别称为根节点的左子树和右子树组成。
图四展示了一棵一般二叉树:
二叉树特点:
由二叉树定义以及图示分析得出二叉树有以下特点:
(1)每个节点最多有两颗子树,所以二叉树中不存在度大于2的节点。
(2)左子树和右子树是有顺序的,次序不能任意颠倒。
(3)即使树中某节点只有一棵子树,也要区分它是左子树还是右子树。
二叉树种类:
(1)斜树:所有的节点都只有左子树的二叉树叫左斜树。所有节点都是只有右子树的二叉树叫右斜树,这两者统称为斜树。如图五
(2)满二叉树:在一棵二叉树中。如果所有分支节点都存在左子树和右子树,并且所有叶子都在同一层上,这样的二叉树称为满二叉树。如图六
满二叉树的特点有:
(1)叶子只能出现在最下一层。出现在其它层就不可能达成平衡。
(2)非叶子节点的度一定是2。
(3)在同样深度的二叉树中,满二叉树的节点个数最多,叶子节点数最多。
(3)完全二叉树:对一颗具有n个节点的二叉树按层编号,如果编号为i(1<=i<=n)的节点与同样深度的满二叉树中编号为i的节点在二叉树中位置完全相同,则这棵二叉树称为完全二叉树。 图七为一棵完全二叉树
完全二叉树特点:
(1)叶子节点只能出现在最下层和次下层。
(2)最下层的叶子节点集中在树的左部。
(3)倒数第二层若存在叶子节点,一定在右部连续位置。
(4)如果节点度为1,则该节点只有左孩子,即没有右子树。
(5)同样节点数目的二叉树,完全二叉树深度最小。
注意:满二叉树一定是完全二叉树,但反过来不一定成立。
二叉树的存储结构
顺序存储:二叉树的顺序存储结构就是使用一维数组存储二叉树中的节点,并且节点的存储位置,就是数组的下标索引。
图七所示的一棵完全二叉树采用顺序存储方式,如图八所示
但是当二叉树不为完全二叉树时:如我们的斜树,按照顺序存储结构为:可以看出部分没用利用,造成空间浪费。
二叉链表
既然顺序存储不能满足二叉树的存储需求,那么考虑采用链式存储。由二叉树定义可知,二叉树的每个节点最多有两个孩子。因此,可以将节点数据结构定义为一个数据和两个指针域。如下图
则图七所示的完全二叉树可以采用图表示。