“二叉树”的前世今生

写在前面

二叉树(Binary Tree)的知识点是程序员面试的常考点,所以平时更应该注重这方面知识的积累。这篇文章主要涉及二叉树的基础知识和基础操作,对初学者相当于是一个引导。若想进一步
理解二叉树相关的知识,可以找找相关的技术书籍参考学习。

什么是二叉树

定义:二叉树是有限元素的集合,该集合或者为空(空二叉树),或者是由一个被称为根的元素及两个互不相交、被分别称为左子树和右子树的二叉树组成。

定义总喜欢绕来绕去以此体现其深奥难懂。。。其实放张图片就一目了然了。

二叉链表存储结构

其中 data 是数据域,lchild 和 rchild 都是指针域,分别存放指向左孩子和右孩子的指针。

完全二叉树

对一颗具有 n 个结点的二叉树按层序编号,如果编号为i(1<=i<=n)的结点与同样深度的满二叉树中编号为 **i **的结点在二叉树中位置完全相同,则这颗二叉树称为完全二叉树。

找了一张满二叉树与完全二叉树的对比图,应该比较容易理解完全二叉树。

接下来才是本文的重点——二叉树遍历。

二叉树遍历

前序遍历

规则是若二叉树为空,则空操作返回,否则先返回根结点,然后前序遍历左子树,再前序遍历右子树。遍历顺序为:ABDGHCEIF。

中序遍历

规则是若树为空,则空操作返回,否则从根结点开始(注意并不是先访问根结点),中序遍历根结点左子树,然后是访问根结点,最后中序遍历右子树。遍历顺序为:GDHBAEICF。

后序遍历

规则是若树为空,则空操作返回,否则从左到右先叶子后结点的方式遍历访问左右子树,最后是访问根结点。遍历顺序为:GHDBIEFCA。

层序遍历

规则是若树为空,则空操作返回,否则从树的第一层,也就是根结点开始访问,从上而下逐层遍历,在同一层中,按从左到右的顺序对结点逐个访问。遍历顺序为:ABCDEFGHI。

二叉树基本代码

二叉链表结点结构

typedef char ElemType;
typedef struct node
{
    ElemType data;
    struct node *lchild, *rchild;
}BiTree;

二叉树的创建

由于前序、中序、后序遍历序列中的任何一个都不能确定一个二叉树,因此不能直接使用、三种序列之一不能唯一确定二叉树的原因是:不能确定其左右子树的情况。针对以上问题,按如下处理:将每个结点的空指针引出一个虚结点其值为特定值,如 #,以标识其为空,把这样处理后的二叉树称为原二叉树的扩展二叉树。扩展二叉树就可以做到一个遍历顺序确定一棵二叉树了。比如前序遍历为AB#D##C##,效果如下图所示。

image
/*创建二叉树*/ 
BiTree *CreateBiTree() 
{ 
    BiTree *t; 
    char ch; 
    scanf("%c", &ch); 
    if (ch != '#') 
    { 
        t = (BiTree*)malloc(sizeof(BiTree));
        t->data = ch;
        t->lchild = CreateBiTree();
        t->rchild = CreateBiTree();
    }
    else
    {
        t = NULL;
    }
    return t;
}

输入字符串ABD#G###CE##F##,则二叉树创建递归过程如下图:

二叉树遍历

前序递归遍历

/*前序遍历*/ 
void PreOrder(BiTree *t) 
{ 
    if (t != NULL) 
    { 
        printf("%c", t->data); 
        PreOrder(t->lchild);
        PreOrder(t->rchild); 
    }
}

中序递归遍历

/*中序遍历*/ 
void InOrder(BiTree *t) 
{ 
    if (t != NULL) 
    { 
        InOrder(t->lchild); 
        printf("%c", t->data); 
        InOrder(t->rchild); 
     }
}

后序递归遍历

/*后次遍历*/
void PostOrder(BiTree *t) 
{ 
    if (t != NULL) 
    { 
        PostOrder(t->lchild); 
        PostOrder(t->rchild); 
        printf("%c", t->data); 
    }
 }

层次遍历

二叉树的层次遍历过程可描述如下:遍历从二叉树的根结点开始,首先将根结点指针入队列,然后从队头取出一个元素,每取一个元素,执行下面两个操作:①访问该结点的数据元素;②若该结点的左右孩子非空,则将该结点的左孩子指针和右孩子指针顺序入队。此过程不断进行,当队列为空时,二叉树的层次遍历结束。

/*层次遍历*/ 
void LevelOrder(BiTree *t) 
{ 
      BiTree *p; 
      BiTree *queue[M]; 
      int front, rear; 
      if (t == NULL) 
          return; 
      front = rear = 0;
      queue[rear] = t;
      rear = (rear + 1) % M;
      while (front != rear)
      {
            p = queue[front];
            front = (front + 1) % M;
            printf("%c", p->data);
            if (p->lchild != NULL)
            {
               queue[rear] = p->lchild;
                rear = (rear + 1) % M;
            }
            if (p->rchild != NULL)
            {
                queue[rear] = p->rchild;
                rear = (rear + 1) % M;
            }
        }
}

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