手写完美的二叉排序树

二叉排序树,也叫搜索树、查找树,是一种有顺序的二叉树,或者是一颗空树,或者是一颗。

它有以下特点:

1、若左子树不为空,那么左子树上面的所有节点的关键字值都比根节点的关键字值小
2、若右子树不为空,那么右子树上面的所有节点的关键字值都比根节点的关键字值大
3、左右子树都为二叉树
4、没有重复值(这一点在实际中可以忽略)

应用场景

在大数据中,越来越广泛的频繁使用二叉树,解决各种大数据查询的问题。在jdk1.8+版本中的大量的数据结构,都换成树来处理,而且树在大数据里,性能是做好的。它的作用就是快速查找。时间复杂度介于O(log₂n)到O(n)之间,数据量越大,越接近于O(log₂n),性能越优。

代码实践

1、使用孩子双亲法表示法来定义树

public class Node<T extends Comparable> {
    T data;
    Node<T> leftChild;
    Node<T> rightChild;
    Node<T> parent;

    public Node(T data) {
        this.data = data;
        leftChild = null;
        rightChild = null;
        parent = null;
    }
}

2、首先实现新增的方法,在树的叶子节点添加一个节点

/**
 * 新增一个节点
 *
 * @param data
 * @return
 */
public Node put(T data) {
    Node<T> newNode = new Node(data);
    if (root == null) {
        root = newNode;
        return newNode;
    }
    Node<T> parent = null;
    Node<T> node = root;
    while (node != null) {
        parent = node;
        if (node.data.compareTo(data) > 0) {//小于跟节点就往左查询
            node = node.leftChild;
        } else if (node.data.compareTo(data) < 0) {//大于跟节点就往右查询
            node = node.rightChild;
        } else {//是重复值 就不理会了
            return node;
        }
    }
    if (parent.data.compareTo(data) > 0) {
        parent.leftChild = newNode;
    } else {
        parent.rightChild = newNode;
    }
    newNode.parent = parent;
    size++;
    return newNode;
}

3、查找节点

public Node get(T data) {
    if (root == null) {
        return null;
    }
    Node<T> node = root;
    while (node != null) {
        if (node.data.compareTo(data) > 0) {
            node = node.leftChild;
        } else if (node.data.compareTo(data) < 0) {
            node = node.rightChild;
        } else {
            return node;
        }
    }
    return null;
}   

4、遍历树,采用中序遍历。

/**
 * 中序遍历
 *
 * @param node
 */
public void middleOrderTraseval(Node<T> node) {
    if (node == null) {
        return;
    }
    middleOrderTraseval(node.leftChild);
    System.out.print(node.data + "    ");
    middleOrderTraseval(node.rightChild);
}

5、删除节点(难点)分四种情况

1. 要删除node是叶子节点

if (left == null && right == null) {
        if (parent == null) {
            root = null;
        } else {
            if (parent.leftChild == node) {
                parent.leftChild = null;
            } else {
                parent.rightChild = null;
            }
            node.parent = null;
        }
    }

2. 要删除node节点只有左节点

else if (left != null && right == null) {
    if (parent == null) {
        root = left;
    } else {
        if (parent.leftChild == node) {
            parent.leftChild = left;
        } else {
            parent.rightChild = left;
        }
    }
    left.parent = parent;
    node.leftChild = null;
    node.parent = null;
}

3. 要删除node节点只有右节点

else if (left == null && right != null) {
    if (parent == null) {
            root = right;
    } else {
        if (parent.leftChild == node) {
                parent.leftChild = right;
        } else {
                parent.rightChild = right;
            }
        }
        right.parent = parent;
        node.rightChild = null;
        node.parent = null;
}

4. 要删除node节点左右节点都有

else if (left != null && right != null) {
    Node<T> leftMinNode = getLeftMinNode(right);
    // 1. 把右节点最小的节点接上node的左节点
    leftMinNode.leftChild = left;
    left.parent = leftMinNode;
    // 2. 如果右节点最小的节点,如果有右节点,则把右节点接上父节点
    Node<T> leftMinNodeParent = leftMinNode.parent;
    if (leftMinNode.rightChild != null) {
        if (leftMinNodeParent != node) {
            leftMinNodeParent.leftChild = leftMinNode.rightChild;
            leftMinNode.rightChild.parent = leftMinNodeParent;
        }
    } else {
        //没有右节点,则要把最小节点的父节点的左节点赋空
        leftMinNodeParent.leftChild = null;
    }
    // 3. 把右节点最小节点接上node的右节点上
    if (leftMinNode != right) {
        leftMinNode.rightChild = right;
    }
    right.parent = leftMinNode;
    // 4. 接上node的父节点
    if (parent == null) {
        root = leftMinNode;
    } else {
        if (parent.leftChild == node) {
            parent.leftChild = leftMinNode;
        } else {
            parent.rightChild = leftMinNode;
        }
    }
    leftMinNode.parent = parent;
    node.leftChild = null;
    node.rightChild = null;
    node.parent = null;
}

6、完整代码

public class SearchBinaryTree<T extends Comparable> {

//二叉树跟节点
private Node<T> root;
//二叉树大小
private int size;

/**
 * 新增一个节点
 *
 * @param data
 * @return
 */
public Node put(T data) {
    Node<T> newNode = new Node(data);
    if (root == null) {
        root = newNode;
        return newNode;
    }
    Node<T> parent = null;
    Node<T> node = root;
    while (node != null) {
        parent = node;
        if (node.data.compareTo(data) > 0) {//小于跟节点就往左查询
            node = node.leftChild;
        } else if (node.data.compareTo(data) < 0) {//大于跟节点就往右查询
            node = node.rightChild;
        } else {//是重复值 就不理会了
            return node;
        }
    }
    if (parent.data.compareTo(data) > 0) {
        parent.leftChild = newNode;
    } else {
        parent.rightChild = newNode;
    }
    newNode.parent = parent;

    size++;

    return newNode;
}

public int getSize() {
    return size;
}

public Node get(T data) {
    if (root == null) {
        return null;
    }
    Node<T> node = root;
    while (node != null) {
        if (node.data.compareTo(data) > 0) {
            node = node.leftChild;
        } else if (node.data.compareTo(data) < 0) {
            node = node.rightChild;
        } else {
            return node;
        }
    }
    return null;
}

public void middleOrderTraseval() {
    middleOrderTraseval(root);
}

/**
 * 中序遍历
 *
 * @param node
 */
public void middleOrderTraseval(Node<T> node) {
    if (node == null) {
        return;
    }
    middleOrderTraseval(node.leftChild);
    System.out.print(node.data + "    ");
    middleOrderTraseval(node.rightChild);
}

public void deleteNode(Node<T> node) {
    if (node == null) {
        return;
    }
    Node<T> left = node.leftChild;
    Node<T> right = node.rightChild;
    Node<T> parent = node.parent;
    //第一种情况:node是叶子节点
    if (left == null && right == null) {
        if (parent == null) {
            root = null;
        } else {
            if (parent.leftChild == node) {
                parent.leftChild = null;
            } else {
                parent.rightChild = null;
            }
            node.parent = null;
        }
    }
    //第二种情况:node只有左节点,没有右节点的情况
    else if (left != null && right == null) {
        if (parent == null) {
            root = left;
        } else {
            if (parent.leftChild == node) {
                parent.leftChild = left;
            } else {
                parent.rightChild = left;
            }
        }
        left.parent = parent;
        node.leftChild = null;
        node.parent = null;
    }
    //第三种情况:node只有右节点,没有左节点的情况
    else if (left == null && right != null) {
        if (parent == null) {
            root = right;
        } else {
            if (parent.leftChild == node) {
                parent.leftChild = right;
            } else {
                parent.rightChild = right;
            }
        }
        right.parent = parent;
        node.rightChild = null;
        node.parent = null;
    }
    //第四种情况:node左右节点都有的情况
    else if (left != null && right != null) {
        Node<T> leftMinNode = getLeftMinNode(right);
        // 1. 把右节点最小的节点接上node的左节点
        leftMinNode.leftChild = left;
        left.parent = leftMinNode;
        // 2. 如果右节点最小的节点,如果有右节点,则把右节点接上父节点
        Node<T> leftMinNodeParent = leftMinNode.parent;
        if (leftMinNode.rightChild != null) {
            if (leftMinNodeParent != node) {
                leftMinNodeParent.leftChild = leftMinNode.rightChild;
                leftMinNode.rightChild.parent = leftMinNodeParent;
            }
        } else {
            //没有右节点,则要把最小节点的父节点的左节点赋空
            leftMinNodeParent.leftChild = null;
        }
        // 3. 把右节点最小节点接上node的右节点上
        if (leftMinNode != right) {
            leftMinNode.rightChild = right;
        }
        right.parent = leftMinNode;
        // 4. 接上node的父节点
        if (parent == null) {
            root = leftMinNode;
        } else {
            if (parent.leftChild == node) {
                parent.leftChild = leftMinNode;
            } else {
                parent.rightChild = leftMinNode;
            }
        }
        leftMinNode.parent = parent;
        node.leftChild = null;
        node.rightChild = null;
        node.parent = null;
    }
    size--;
}

/**
 * 获取当前节点的左边最小的值,也就是最左边的节点
 *
 * @param node
 * @return
 */
public Node<T> getLeftMinNode(Node<T> node) {
    if (node == null) {
        return null;
    }
    Node currentRoot = node;
    while (currentRoot.leftChild != null) {
        currentRoot = currentRoot.leftChild;
    }
    return currentRoot;
}

/**
 * 使用孩子双亲法表示法来定义树(实际双向链表)
 * @param <T> 对象
 */
public class Node<T extends Comparable> {
    T data;
    Node<T> leftChild;
    Node<T> rightChild;
    Node<T> parent;

    public Node(T data) {
        this.data = data;
        leftChild = null;
        rightChild = null;
        parent = null;
    }
}

}

7、测试

 @Test
public void testBinarySortTree(){
    BinarySortTree<Integer> tree = new BinarySortTree();
    //5  2  7  3  4  1  6
    int[] array=new int[]{5,2,7,3,4,1,8,6,9};
    for (int i = 0; i < array.length; i++) {
        int i1 = array[i];
        tree.put(i1);
    }
    tree.middleOrderTraseval();

    System.out.println();

     //删除单个
    tree.deleteNode(tree.get(7));

    tree.middleOrderTraseval();

    System.out.println();

    for (int i : array) {
        tree.middleOrderTraseval();
        System.out.println("------------------------------");
        tree.deleteNode(tree.get(i));
    }

    System.out.println();
    for (int i = 0; i < array.length; i++) {
        tree.put(array[i]);
    }
    tree.middleOrderTraseval();

}

8、测试结果

1    2    3    4    5    6    7    8    9    
1    2    3    4    5    6    8    9    
1    2    3    4    5    6    8    9    ------------------------------
1    2    3    4    6    8    9    ------------------------------
1    3    4    6    8    9    ------------------------------
1    3    4    6    8    9    ------------------------------
1    4    6    8    9    ------------------------------
1    6    8    9    ------------------------------
6    8    9    ------------------------------
6    9    ------------------------------
9    ------------------------------

1    2    3    4    5    6    7    8    9        

9、结束

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