树:
定义:一个树至多有一个根节点,每一个路径的终端都叫终端节点,也叫叶子结点。既不是根也不是叶子节点叫中间节点,节点与节点连接的线叫边。从底下往上看叫高度,从上往低看叫深度。
PS:树整体高度和深度取最大值。
度:看当前节点有n个子节点就叫n度。
二叉树(Binary Tree)
定义:树里的每个节点至多允许有两个节点。
满二叉树
定义:每一层都是满节点(2个节点)除最后一层的二叉树。
完全二叉树
定义:只允许最后一层有空缺,且空缺的方式从右向左的二叉树。
ps:满二叉树是完全二叉树的一种特殊形势。
平衡二叉树
定义:树中任意节点,左右子树高度差不超过1。
ps:完全二叉树一定是平衡二叉树。
排序二叉树
定义:左孩子的值比父亲小,右节点的值比父节点的大。
二叉树的性质
- $k$层满二叉树,叶子节点的个数是$ 2^{k-1} $
- $k$层满二叉树,总节点个数为$2^{k}-1$
- 对于任意一个二叉树而言,度为0的节点比度为2的节点少一个。($n_0=n_2+1$),PS:对于一个完全二叉树而言,度为1的节点至多有一个。
- 一个有$n$个节点的完全二叉树,它的深度是$ K=\lfloor log2^{n}\rfloor +1$(向下取整) 例如:3.33 取3
- 对一个有$n$个节点的完全二叉树,按照从上到下,从左到右的顺序从1开始,开始编号,
- $i=1$时是根节点。
- $2i<=n $ ,$i$有左子树,否则没有。
- $2i+1<=n$时,$i$有右子树,否则没有。
- 从$1$ ~ $\displaystyle\frac{n}2 $之间的节点都是父节点,$\displaystyle\frac{n}2 $都是向下取整。
二叉树的遍历
- 深度(递归版)
- 前序遍历:根左右
- 中序遍历:左根右
- 后序遍历:左右根
- 广度遍历(层序遍历):从上到下,从左到右
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct Node
{
int nValue;
struct Node *pLeft;
struct Node *pRight;
}BinaryTree;
typedef struct node3
{
BinaryTree *nValue;
struct node3 *pNext;
}MyQueue;
typedef struct node4
{
int nCount;
MyQueue* pHead;
MyQueue *pTail;
}Queue;
BinaryTree * CreateTree();
void RecPreOrderTraversal(BinaryTree *pRoot)
{
if(pRoot == NULL)return;
//前序遍历 根左右
printf("%d ",pRoot->nValue);
RecPreOrderTraversal(pRoot->pLeft);
RecPreOrderTraversal(pRoot->pRight);
}
void RecInOrderTraversal(BinaryTree *pRoot)
{
if(pRoot == NULL)return;
//中序遍历 左根右
RecInOrderTraversal(pRoot->pLeft);
printf("%d ",pRoot->nValue);
RecInOrderTraversal(pRoot->pRight);
}
void RecLastOrderTraversal(BinaryTree *pRoot)
{
if(pRoot == NULL)return;
//后序遍历 左右根
RecLastOrderTraversal(pRoot->pLeft);
RecLastOrderTraversal(pRoot->pRight);
printf("%d ",pRoot->nValue);
}
void q_Init(Queue **pQueue)
{
if(pQueue == NULL)return;
*pQueue = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
(*pQueue)->nCount = 0;
(*pQueue)->pHead = NULL;
(*pQueue)->pTail = NULL;
}
void q_Push(Queue *pQueue,BinaryTree *nNum)
{
MyQueue *pTemp = NULL;
if(pQueue == NULL)return;
pTemp = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
pTemp->nValue = nNum;
pTemp->pNext = NULL;
if(pQueue->pHead == NULL)
{
pQueue->pHead = pTemp;
}
else
{
pQueue->pTail->pNext = pTemp;
}
pQueue->pTail = pTemp;
pQueue->nCount++;
}
BinaryTree* q_Pop(Queue *pQueue)
{
MyQueue *pDel = NULL;
BinaryTree *Temp = NULL;
if(pQueue == NULL || pQueue->pHead == NULL)return NULL;
pDel = pQueue->pHead;
Temp = pDel->nValue;
pQueue->pHead = pQueue->pHead->pNext;
free(pDel);
pDel = NULL;
pQueue->nCount--;
if(pQueue->nCount == 0)
{
pQueue->pTail = NULL;
}
return Temp;
}
int q_IsEmpty(Queue *pQueue)
{
if(pQueue == NULL )return -1;
return pQueue->nCount ? 0:1;
}
void EveryTravelsalTree(BinaryTree *Tree)
{
//层序遍历
Queue *M_Queue = NULL;
BinaryTree *Temp = NULL;
if(Tree == NULL)return;
q_Init(&M_Queue);
q_Push(M_Queue,Tree);
while(!q_IsEmpty(M_Queue))
{
Temp = q_Pop(M_Queue);
printf("%d ",Temp->nValue);
if(Temp->pLeft != NULL)
{
q_Push(M_Queue,Temp->pLeft);
}
if (Temp->pRight != NULL)
{
q_Push(M_Queue,Temp->pRight);
}
}
}
例二叉树
前序:X Y F X R B K G D
中序:X B R Y Z F D G K
后序:X Y F Z R B K G D
二叉树的创建
手动创建二叉树,最慢最基础零技术的创建方法
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct Node
{
int nValue;
struct Node *pLeft;
struct Node *pRight;
}BinaryTree;
BinaryTree * CreateTree()
{
BinaryTree *pRoot = NULL;
pRoot = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pRoot ->nValue = 1;
//根的左2
pRoot->pLeft = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pRoot->pLeft->nValue = 2;
//左的左4
pRoot->pLeft->pLeft = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pRoot->pLeft->pLeft->nValue = 4;
pRoot->pLeft->pLeft->pLeft = NULL;
pRoot->pLeft->pLeft->pRight = NULL;
//左的右5
pRoot->pLeft->pRight = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pRoot->pLeft->pRight->nValue = 5;
pRoot->pLeft->pRight->pLeft = NULL;
pRoot->pLeft->pRight->pRight = NULL;
//根的右3
pRoot->pRight = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pRoot->pRight->nValue = 3;
pRoot->pRight->pRight = NULL;
//右的左6
pRoot->pRight->pLeft = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pRoot->pRight->pLeft->nValue = 6;
pRoot->pRight->pLeft->pLeft = NULL;
pRoot->pRight->pLeft->pRight = NULL;
return pRoot;
}
递归创建二叉树(反序列创建二叉树)
根据层序遍历特点来创建二叉树
void DynamicRecPreOrder(BinaryTree **Temp)
{
//前序动态创建二叉树,叫递归创建二叉树或者反序列化创建二叉树
int j;
scanf_s("%d",&j);
if(Temp==NULL)return;
if(j == 0)return;
*Temp = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*Temp)->nValue = j;
(*Temp)->pLeft = NULL;
(*Temp)->pRight = NULL;
DynamicRecPreOrder(&((*Temp)->pLeft));
DynamicRecPreOrder(&((*Temp)->pRight));
return;
}
动态创建二叉树(用数组的形势)
根据二叉树的性质5
BinaryTree *DynamicArryCreateTree(int Temp[],int Num)
{
BinaryTree *Templ = NULL;
int i = 0;
int m = 0;
Templ = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree)*Num);
for(;i<Num;i++)
{
Templ[i].nValue = Temp[i];
Templ[i].pLeft = NULL;
Templ[i].pRight = NULL;
}
for (m = 0; m <= (Num/2) - 1 ; m++)
{
if(2*m+1<Num)
{
Templ[m].pLeft = &Templ[2*m+1];
}
if(2*m+2<Num)
{
Templ[m].pRight = &Templ[2*m+2];
}
}
return Templ;
}
二叉树的循环高级遍历(非递归)
叙述流程
- 申请栈stack
- 检验参数
- (前序:打印节点)节点入栈
- 判断节点是否有左
- 有,重复3 4
- 没有,下一步(中序:打印节点)
- 栈顶弹出,弹出栈顶是否为空
- 是,结束
- 无,重复5
- 判断弹出节点是否有右
- 有,把右变成当前节点,之后重复3 4
- 无,重复5
用循环实现前序遍历
void OnRecTraversal(BinaryTree* Temp)
{
Stack *m_Stack = NULL;
if(Temp == NULL)return;
s_Init(&m_Stack);
while(1)
{
while (Temp)
{
printf("%d\n",Temp->nValue);
s_Push(m_Stack,Temp);
Temp = Temp->pLeft;
}
//栈顶弹出
Temp = s_Pop(m_Stack);
//判断节点是否为空
if(Temp == NULL)return;
//向右处理
Temp = Temp->pRight;
}
}
用循环实现中序遍历
void MidTraversal(BinaryTree* Temp)
{
Stack *m_Stack = NULL;
if(Temp == NULL)return;
s_Init(&m_Stack);
while(1)
{
while (Temp)
{
s_Push(m_Stack,Temp);
Temp = Temp->pLeft;
}
//栈顶弹出
Temp = s_Pop(m_Stack);
//判断节点是否为空
if(Temp == NULL)return;
printf("%d\n",Temp->nValue);
//向右处理
Temp = Temp->pRight;
}
}
用循环实现后序遍历
void RecLastOrderTraversal(BinaryTree* Temp)
{
Stack *m_Stack = NULL;
BinaryTree* pTemp = 0;
if(Temp == NULL)return;
s_Init(&m_Stack);
while(1)
{
while (Temp)
{
s_Push(m_Stack,Temp);
Temp = Temp->pLeft;
}
if(m_Stack->pTop == NULL)return;
if(m_Stack->pTop->nValue->pRight == NULL||m_Stack->pTop->nValue->pRight == pTemp)
{
pTemp = s_Pop(m_Stack);
printf("%d\n",pTemp->nValue);
}else
{
Temp = m_Stack->pTop->nValue->pRight;
}
}
return;
}
在二叉树中插入一个结点
首先先写一个查找的API
在一个二叉树中查找一个结点
BinaryTree * Chop(BinaryTree *pRoot,int nNum)
{
Queue *pQueue = NULL;
BinaryTree *pTemp = NULL;
if(pRoot == NULL)return NULL;
q_Init(&pQueue);
//根入队
q_Push(pQueue,pRoot);
while(!q_IsEmpty(pQueue))
{
pTemp = q_Pop(pQueue);
if(pTemp->nValue == nNum)
{
//记得清空队列
return pTemp;
}
//左右非空入队
if(pTemp->pLeft != NULL)
{
q_Push(pQueue,pTemp->pLeft);
}
if(pTemp->pRight != NULL)
{
q_Push(pQueue,pTemp->pRight);
}
}
return NULL;
}
在一个二叉树中插入一个结点,传入方向,值
//传入树,放在那个节点的下面,放入得值,放入的方向
void InsertNode(BinaryTree **pRoot,int nNum,int nValue,int nDirection)
{
BinaryTree *pNode = NULL;
BinaryTree *pTemp = NULL;
if(pRoot == NULL || *pRoot == NULL)return;
//查找
pNode = Chop(*pRoot,nNum);
//检测
//不存在
if(pNode == NULL)
{
printf("值不存在~~~\n");
return;
}
//存在
pTemp = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pTemp->nValue = nValue;
pTemp->pLeft = NULL;
pTemp->pRight = NULL;
//被插入方向
if(nDirection == LEFT)
{
pTemp->pLeft = pNode->pLeft;
pNode->pLeft = pTemp;
return;
}
if(nDirection == RIGHT)
{
pTemp->pRight = pNode->pRight;
pNode->pRight = pTemp;
return;
}
}
创建一个排序二叉树
创建流程
- 将值放入结点
- 检测树是否为空树,若是空结点,则新结点即为根,结束
- 若树为非空树
比较结点值大小
若值比结点值大,则向右子树方向走
- 空树:放入结点
- 非空树:向右走,重复3步骤
若值比结点值小,则向左子树方向走
- 空树:放入结点
- 非空树:向左走,重复3步骤
值相同的话,违背排序二叉树的步骤,释放新建结点空间,结束
void InsertNode(BinaryTree **pRoot,int nNum)
{
BinaryTree *pTemp = NULL;
BinaryTree *pMark = NULL;
if(pRoot == NULL)return;
pTemp = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
pTemp->nValue = nNum;
pTemp->pLeft = NULL;
pTemp->pRight = NULL;
//空树
if(*pRoot == NULL)
{
*pRoot = pTemp;
return;
}
//标记根
pMark = *pRoot;
while(1)
{
//新来的节点值小
if(nNum < pMark->nValue)
{
//左空
if(pMark->pLeft == NULL)
{
pMark->pLeft = pTemp;
return;
}
//非空 向左走
pMark = pMark->pLeft;
}
//新来的节点值大
else if(nNum > pMark->nValue)
{
//右空
if(pMark->pRight == NULL)
{
pMark->pRight = pTemp;
return;
}
//非空 向右走
pMark = pMark->pRight;
}
//新来值已经存在 违背性质 结束
else
{
free(pTemp);
pTemp = NULL;
return;
}
}
}
BinaryTree *CreateSrtTree(int arr[],int nLength)
{
BinaryTree *pRoot = NULL;
int i;
if(arr == NULL || nLength <=0)return NULL;
for(i = 0;i<nLength;i++)
{
InsertNode(&pRoot,arr[i]);
}
return pRoot;
}
从排序二叉树中删除一个结点
删除的流程
- 叶子节点,直接删除
- 有一个孩子(即只有一个左子树或者右子树),删除当前结点,用孩子代替它
- 有两个孩子,找到其右的最左或者左的最右的结点,将找到的结点的值覆盖删除结点的值,之后进行步骤1,2
在一个排序二叉树查找一个结点的代码
//参数:树,被查找的值,被删除节点的地址,被删除节点的父亲
void Search(BinaryTree *pTree,int nNum,BinaryTree **pDel,BinaryTree **pDelFather)
{
if(pTree == NULL)return;
while(pTree)
{
//找到 记住被删除位置 结束
if(pTree->nValue == nNum)
{
*pDel = pTree;
return;
}
//查找的值比当前节点的小 记住被删除节点的父亲 而后向左走
else if(pTree->nValue > nNum)
{
*pDelFather = pTree;
pTree = pTree->pLeft;
}
//查找的值比当前节点的大 记住被删除节点的父亲 而后向右走
else
{
*pDelFather = pTree;
pTree = pTree->pRight;
}
}
//查找结束 没找到 清空标记删除节点父亲的指针
*pDelFather = NULL;
return ;
}
在排序二叉树删除一个节点代码
void DelOneChild(BinaryTree **pRoot, BinaryTree *pDel,BinaryTree *pDelFather)
{
if(pRoot == NULL)return;
//被删除节点是根
if(pDelFather == NULL)
{
*pRoot = pDel->pLeft ? pDel->pLeft:pDel->pRight;
free(pDel);
pDel = NULL;
return;
}
//检测被删除节点是父亲的左还是右
if(pDel == pDelFather->pLeft)
{
//将被删除节点非空的孩子与pdelfather关联
pDelFather->pLeft = pDel->pLeft ? pDel->pLeft:pDel->pRight;
free(pDel);
pDel = NULL;
return;
}
if(pDel == pDelFather->pRight)
{
pDelFather->pRight = pDel->pLeft ? pDel->pLeft:pDel->pRight;
free(pDel);
pDel = NULL;
return;
}
}
void DelNode(BinaryTree **pTree,int nNum)
{
BinaryTree *pDel = NULL;
BinaryTree *pDelFather = NULL;
BinaryTree *pMark =NULL;
if(pTree == NULL || *pTree == NULL)return;
//查找
Search(*pTree,nNum,&pDel,&pDelFather);
//没找到
if(pDel == NULL)return;
//找到
//有两个孩子 向右找最小的
if(pDel->pLeft!= NULL && pDel->pRight != NULL)
{
pMark = pDel;
//移动到右
pDelFather = pDel;
pDel = pDel->pRight;
//找右的最左
while(pDel->pLeft)
{
pDelFather = pDel;
pDel = pDel->pLeft;
}
//值覆盖
pMark->nValue = pDel->nValue;
}
//删除有一个孩子的或者没孩子的
DelOneChild(pTree,pDel,pDelFather);
}
排序二叉树转换成一个排序双向链表
流程
- 根据中序遍历特点,左根右
- 将二叉树左看成链表的上指针,将二叉树的右看链表的下指针.
- 在中序遍历输出的位置,将二叉树变成链表式连接
代码
void SortTreeToList(BinaryTree *pRoot, BinaryTree **pHead,BinaryTree **pTail)
{
if(pRoot == NULL)return;
if(pHead == NULL || pTail == NULL)return;
//找到左侧
SortTreeToList(pRoot->pLeft,pHead,pTail);
//尾添加节点
if(*pHead == NULL)
{
*pHead = pRoot;
}
else
{
//双向指向关联
//left = 上一个pre
//right = 下一个next
(*pTail)->pRight = pRoot;
pRoot->pLeft = *pTail;
}
*pTail = pRoot;
//找到右侧
SortTreeToList(pRoot->pRight,pHead,pTail);
}
平衡二叉树的两种旋转
普通二叉树深度:后序遍历查栈里元素的个数
将差一步的平衡二叉树变成平衡二叉树
右旋
在原有的二叉树里,添加一个父亲的指针
在左子树的左子树添加一个结点F,进行右旋
A交支点长的一边B - D - F掰下来
两个步骤:
记:A->pLeft = pMark
先处理儿子:
- A ->Father->left = pmark
- pmark->right = A
- pmark = pmark->right
父亲: - pmark ->father = A->father
- A->father = pmark
- pmark->right->father = A
左旋
与右旋相反
创建一个不平衡二叉树
void CreateBiTree(BinaryTree **root)
{
if(root == NULL)return;
(*root) = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*root)->nValue = 1;
(*root)->pFather = NULL;
//左子树
(*root)->pLeft = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*root)->pLeft->nValue = 2;
(*root)->pLeft->pFather = *root;
//右子树
(*root)->pRight = NULL;
//左的左
(*root)->pLeft->pLeft = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*root)->pLeft->pLeft->nValue = 3;
(*root)->pLeft->pLeft->pFather = (*root)->pLeft;
//左的左的左
(*root)->pLeft->pLeft->pLeft = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*root)->pLeft->pLeft->pLeft->nValue = 5;
(*root)->pLeft->pLeft->pLeft->pFather = (*root)->pLeft->pLeft;
(*root)->pLeft->pLeft->pLeft->pLeft = NULL;
(*root)->pLeft->pLeft->pLeft->pRight = NULL;
//左的左的右
(*root)->pLeft->pLeft->pRight = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*root)->pLeft->pLeft->pRight ->nValue = 6;
(*root)->pLeft->pLeft->pRight ->pFather = (*root)->pLeft->pLeft;
(*root)->pLeft->pLeft->pRight ->pLeft = NULL;
(*root)->pLeft->pLeft->pRight ->pRight = NULL;
//左的右
(*root)->pLeft->pRight = (BinaryTree*)malloc(sizeof(BinaryTree));
(*root)->pLeft->pRight->nValue = 4;
(*root)->pLeft->pRight->pFather = (*root)->pLeft;
(*root)->pLeft->pRight->pLeft = NULL;
(*root)->pLeft->pRight->pRight = NULL;
}
右旋,左旋代码
void RightRotate(BinaryTree **pTree)
{
BinaryTree *pMark = NULL;
if(pTree == NULL)return;
//右旋标记左侧
pMark = (*pTree)->pLeft;
//处理儿子关系
(*pTree)->pLeft = pMark->pRight;
pMark->pRight = *pTree;
//支点父亲是否存在
if((*pTree)->pFather != NULL)
{
//将支点的左和支点的父亲关联起来
((*pTree)->pFather->pLeft == *pTree)?((*pTree)->pFather->pLeft = pMark):((*pTree)->pFather->pRight= pMark);
}
//关联父亲
//支点的左是否存在
if((*pTree)->pLeft != NULL)
{
(*pTree)->pLeft->pFather = *pTree;
}
pMark->pFather = (*pTree)->pFather;
(*pTree)->pFather = pMark;
//支点是根节点 旋转之后根节点更改
if(pMark->pFather == NULL)
{
*pTree = pMark;
}
}
void LeftRotate(BinaryTree **pTree)
{
BinaryTree *pMark = NULL;
if(pTree == NULL)return;
//右旋标记左侧
pMark = (*pTree)->pRight;
//处理儿子关系
(*pTree)->pRight = pMark->pLeft;
pMark->pLeft = *pTree;
//支点父亲是否存在
if((*pTree)->pFather != NULL)
{
//将支点的左和支点的父亲关联起来
((*pTree)->pFather->pLeft == *pTree)?((*pTree)->pFather->pLeft = pMark):((*pTree)->pFather->pRight= pMark);
}
//关联父亲
//支点的左是否存在
if((*pTree)->pRight != NULL)
{
(*pTree)->pRight->pFather = *pTree;
}
pMark->pFather = (*pTree)->pFather;
(*pTree)->pFather = pMark;
//支点是根节点 旋转之后根节点更改
if(pMark->pFather == NULL)
{
*pTree = pMark;
}
}