树--树的基本概念与二叉树

    线索二叉树

    树、森林与二叉树的互换

    哈夫曼树

    树的应用

    树是n(n>=0)个节点的有限集,当n为0时为空树。在任意一颗非空的树中:\alpha 有且仅有一个根节点;\beta 子节点互不相交,且子节点之间又构成了一颗颗子树。树是一对多的数据结构

\bullet 基本概念

    \alpha 节点拥有的子树数称之为节点的度;最大的节点度称之为树的度;度为0的节点称之为叶子节点或终端节点,度不为0则称之为内部节点或分支节点

    \beta 节点的子树的根为该节点的子节点;该节点则为子树的父节点;子节点的子树的根称之为该节点的孙子节点;子节点的同级节点互为兄弟节点

    \gamma 节点的最大层次称为树深

    \delta 有序树:节点的子树从左到右有序且不能互换

    \varepsilon 森林:m颗树的集合

\bullet 树的常用操作

    \bullet 树的结构定义

        \propto 双亲表示法

                \ast 每个节点结构如下

                \ast JavaScript实现

                        假设后台返回的数据结构如下

                        由于双亲表示法是向上查找,故利用js的对象引用关系保留最后一位节点即可保留下整颗

                树

(从理论上来说,双亲表示法在查找父节点的过程中速度是极快的,只需要O(1))

                        节点查找结果如下

                (这段代码只适用于子节点为0或1的情况,由于没有对子节点进行保留,故只能保留下最后一级的最后一个子节点)

        \propto 孩子表示法

                每个节点的度表示其拥有的子树数,如果能在每个节点下记录度根则可以正确表示出每个节点

            。有两种可选方案:指针域的个数等于树度、指针域个数等于节点的度数。这两种方案的节点结

            构一致

                方案一

                \ast JavaScript代码如下

                \ast 生成的树结构如下

                可以看到,对于终端节点的child中存在很多是以undefined构造的无意义数组。这是一种对空间的浪费。因此衍生出第二种:按照节点的度存储。具体来说,就是把每个节点排列起来,以单链表作存储结构,则n个节点有n个孩子链表,如果是叶子节点则此单链表为空。然后n个头指针(节点的左侧第一个子节点)又组成一个线性表,采用顺序存储结构,存放进一个一维数组中

            方案二

                \ast JavaScript代码如下

(框红的部分则用户创建单链表)

                \ast 创建的树结构如下

        \propto 孩子兄弟表示法(二叉树)

                对于一个节点而言,它的左右节点是唯一的。图示如下


\bullet 二叉树

    二叉树是n个节点的有限集合,该集合或者为空或者由一个根节点和两颗互不相交分、分别为根节点的左子树和右子树的二叉树组成(对于在某个阶段总是两种结果的情况,如开关、0和1、真假、上下、对错、正反等,都适用二叉树建模

    \ast 二叉树的特点

        \alpha 每个节点至多有两颗子树

        \beta 左右子树次序不能互换

    \ast 基本形态

        \alpha 空二叉树

        \beta 只有一个根节点

        \gamma 根节点只有左子树

        \delta 根节点只有右子树

        \varepsilon 根节点既有左子树又有右子树

    \ast 特殊二叉树

        \alpha 斜数

            只有左子树或右子树因此每一层只有一个节点,节点的个数即二叉树的深度

        \beta 满二叉树

            在一颗二叉树中,如果所有分支节点都存在左右子树,且所有叶子在同一层,即为满二叉树

        \gamma 完全二叉树

            对一颗具有n个节点的二叉树按层序编号,若编号为i(i大于等于1小于等于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,则为完全二叉。满二叉一定是完全二叉

            特点:\alpha 叶子节点只能出现在最下两层;\beta 最下层的叶子一定集中在左部连续位置;\gamma 倒数二层,若有叶子节点,一定在右部连续;\delta 如果节点度为1,则该节点只有左孩子,不存在只有右子树的情况;\varepsilon 同样节点数的二叉树,完全二叉树的深度最小

    \ast 二叉树性质

            \alpha 在二叉树的第i层上至多有2^i-1个节点(i大于等于1)

            \beta 深度为k的二叉树至多有2^k-1个节点(k大于等于1)

            \gamma 对任何一颗二叉树T,若其终端节点数为a,度为2的节点数为b,则a=b+1

            \delta 具有n个节点的完全二叉树的深度为\lfloor \log_2 n \rfloor +1

            \epsilon 如果对一颗有n个节点的完全二叉树的节点按层序编号,则对任一节点有:

                    \Omega 如果i=1,则节点i是二叉树的根,无双亲;如果i>1,则其双亲是节点\lfloor \frac{i}{2}  \rfloor

                    \Omega 如果2i>n,则节点i无左孩子(节点i为叶子节点);否则其左孩子是节点2i

                    \Omega 如果2i+1>n,则节点i无右孩子;否则其右孩子是节点2i+1

    \ast 二叉树的存储结构

            \alpha 顺序(数组)

                顺序存储只适用于完全二叉树,如果想使普通二叉树应用顺序存储,需先进行转换。之后按照层次将树中的节点存到数据即可

                如图

                在数组中的存储为

            \beta 链式(二叉链表)

                 节点结构如下

    \ast 二叉树的遍历

            二叉树的遍历按照从左到右分为四种:前序、中序、后序、层序

                假设有树结构图示如下

                数据如下

                则JavaScript代码创建的二叉链表如下

                    I-将数据转换成链式结构

(框红的位置,如果只有一个子节点则按照左子树处理,由于遍历的顺序总是先左后右,故不影响)

                    生成的树结构如下

            \alpha 前序遍历(当前节点的根\rightarrow 当前节点左子树\rightarrow 当前节点右子树)    

(tree.data 即当前节点)

                遍历结果为

            \beta 中序遍历(当前节点左子树\rightarrow 当前节点的根\rightarrow 当前节点右子树)

                结果为

                执行顺序:

                    从节点A开始,遍历左子树,即B为根节点的子树

                    从节点B开始,遍历左子树,即D为根节点的子树

                    从节点D开始,遍历左子树,即G为根节点的子树

                    从节点G开始,遍历左子树,无

                    访问根节点G

                    从节点G开始,遍历右子树,无。子树G遍历结束,即子树D的左子树结束

                    开始遍历节点D的右子树,找到以H为根的子树

                    从节点H开始,访问左子树,无

                    访问根节点H

                    访问右子树,无。子树D遍历结束,即子树B的左子树结束

                    访问根节点B

                    ......

            \gamma 后续遍历(当前节点左子树\rightarrow 当前节点右子树\rightarrow 当前节点的根)

                结果为

    \ast 二叉树的创建

            二叉树的创建过程实际上和遍历过程是一样的。只不过是将遍历时的打印换成了节点创建。对于树

            我们要通过一定的"补位措施"将其转换为满二叉树,对于"补"出来的节点进行特殊标记

            对于该扩展树的前序遍历结果为

            则生成的树的代码为

            结果为

            根据前序遍历的输出为

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