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【数据结构】二叉树(一)

【数据结构】二叉树(一)

目录

1. 树型结构

概念

树的表示形式

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2. 二叉树(重点)

2.1 概念

2.2 二叉树的性质

2.3 二叉树的存储

2.4 二叉树的遍历

前中后序遍历

层序遍历:

2.5二叉树的基本操作


本篇主要理解树和二叉树相关概念,二叉树遍历及基本操作。


1. 树型结构

树是一种非线性的数据结构它是由nn>=0)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做树是因为它看起来像一棵倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。它具有以下的特点:

  • 有一个特殊的结点,称为根结点,根结点没有前驱结点。
  • 除根结点外,其余结点被分成M(M > 0)个互不相交的集合T1T2......Tm,其中每一个集合Ti (1 <= i <= m) 又是一棵与树类似的子树。每棵子树的根结点有且只有一个前驱,可以有0个或多个后继
  • 树是由递归定义的。

树与非树的区分点:

  1. 树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构
  2. 树形结构中,除根结点外,每个节点有且仅有一个父节点,否则就不是树形结构
  3. 树形结构中,一颗N个结点的树有N-1条边,否则就不是树形结构

1.1概念

树型结构里,有非常多的概念,多用用就记住了

结点的度 :一个结点含有子树的个数称为该结点的度; 如上图: A 的度为3
树的度 :一棵树中,所有结点度的最大值称为树的度; 如上图:树的度为3
叶子结点或终端结点 :度为 0 的结点称为叶结点; 如上图:J F K L 等节点为叶结点
双亲结点或父结点 :若一个结点含有子结点,则这个结点称为其子结点的父结点; 如上图: A B 的父结点
孩子结点或子结点 :一个结点含有的子树的根结点称为该结点的子结点; 如上图: B A 的孩子结点
根结点 :一棵树中,没有双亲结点的结点;如上图: A
结点的层次 :从根开始定义起,根为第 1 层,根的子结点为第 2 层,以此类推
树的高度或深度 :树中结点的最大层次; 如上图:树的高度为 4
树的以下概念只需了解,在看书时只要知道是什么意思即可:
非终端结点或分支结点 :度不为 0 的结点; 如上图: B C D E... 等节点为分支结点
兄弟结点 :具有相同父结点的结点互称为兄弟结点; 如上图: B C 是兄弟结点
堂兄弟结点 :双亲在同一层的结点互为堂兄弟;如上图:G H 互为兄弟结点
结点的祖先 :从根到该结点所经分支上的所有结点;如上图: A 是所有结点的祖先
子孙 :以某结点为根的子树中任一结点都称为该结点的子孙。如上图:所有结点都是 A 的子孙
森林 :由 m m>=0 )棵互不相交的树组成的集合称为森林

1.2树的表示形式

树结构相对线性表就比较复杂了,要存储表示起来就比较麻烦了,实际中树有很多种表示方式,如: 双亲表示法 孩子表示法 孩子双亲表示法 孩子兄弟表示法 等等。我们这里就简单的了解其中最常用的 孩子兄弟表示法
class Node   {
int value ; // 树中存储的数据
Node firstChild ; // 第一个孩子引用
Node nextBrother ; // 下一个兄弟引用
 }

结构图

  树的应用
文件系统管理(目录和文件)

2. 二叉树(重点)

2.1 概念

顾名思义,二叉树是度不大于2的树,二叉树是结点的一个有限集合,该集合:
  1. 或者为空
  2. 或者是由一个根节点加上两棵别称为左子树右子树的二叉树组成。

从上图可以看出:
1. 二叉树不存在度大于2的结点
2. 二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒,因此二叉树是有序树
注意:对于任意的二叉树都是由以下几种情况复合而成的:
  • 空树
  • 只有根节点
  • 只有左子树
  • 只有右子树
  • 左右子树均在

两种特殊的二叉树

1、  满二叉树 : 一棵二叉树,如果 每层的结点数都达到最大值,则这棵二叉树就是满二叉树 。也就是说, 如果一棵 二叉树的层数为 K ,且结点总数是 2^k{}-1 ,则它就是满二叉树
2.、 完全二叉树 : 完全二叉树是效率很高的数据结构,完全二叉树是由满二叉树而引出来的。对于深度为 K的,有n 个结点的二叉树,当且仅当其每一个结点都与深度为K的满二叉树中编号从0 n-1 的结点一一对应时称之为完全二叉树 要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉树。
加图理解:

2.2 二叉树的性质

1. 若规定 根结点的层数为 1 ,则一棵 非空二叉树的第 i 层上最多有2^{i-1} (i>0) 个结点
2. 若规定只有 根结点的二叉树的深度为 1 ,则 深度为 K的二叉树的最大结点数是2^k{}-1(k>=0)
3. 对任何一棵二叉树 , 如果其 叶结点个数为 n0, 度为 2 的非叶结点个数为 n2, 则有 n0 n2 1
4. 具有 n 个结点的完全二叉树的深度 k 上取整 log_2{(n+1)}
5. 对于具有 n 个结点的完全二叉树 ,如果按照 从上至下从左至右的顺序对所有节点从 0 开始编号
则对于 序号为 i 的结点有
i>0 双亲序号: (i-1)/2 i=0 i 为根结点编号 ,无双亲结点
2i+1<n ,左孩子序号: 2i+1 ,否则无左孩子
2i+2<n ,右孩子序号: 2i+2

相关习题,练练手吧~

1. 某二叉树共有 399 个结点,其中有 199 个度为 2 的结点,则该二叉树中的叶子结点数为( )
A 不存在这样的二叉树
B 200
C 198
D 199
2. 在具有 2n 个结点的完全二叉树中,叶子结点个数为( )
A n
B n+1
C n-1
D n/2
3. 一个具有 767 个节点的完全二叉树,其叶子节点个数为()
A 383
B 384
C 385
D 386
4. 一棵完全二叉树的节点数为 531 个,那么这棵树的高度为( )
A 11
B 10
C 8
D 12
答案:
1.B  2.A  3.B  4.B

2.3 二叉树的存储

二叉树的存储结构 分为: 顺序存储 类似于链表的链式存储
二叉树的链式存储是通过一个一个的节点引用起来的,常见的表示方式有二叉和三叉表示方式 ,具体如下:
// 孩子表示法
class Node {
int val ; // 数据域
Node left ; // 左孩子的引用,常常代表左孩子为根的整棵左子树
Node right ; // 右孩子的引用,常常代表右孩子为根的整棵右子树
}
// 孩子双亲表示法
class Node {
int val ; // 数据域
Node left ; // 左孩子的引用,常常代表左孩子为根的整棵左子树
Node right ; // 右孩子的引用,常常代表右孩子为根的整棵右子树
Node parent ; // 当前节点的根节点
}

(本文采用孩子表示法)

并且二叉树定义是递归式的,因此后序基本操作中基本都是按照该概念实现的。 

2.4 二叉树的遍历

前中后序遍历

学习二叉树结构,最简单的方式就是遍历。所谓 遍历 (Traversal) 是指沿着某条搜索路线,依次对树中每个结 点均做一次且仅做一次访问 访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题 ( 比如:打印节点内容、节点内容加 1) 。 遍历是二叉树上最重要的操作之一,是二叉树上进行其它运算之基础。
public void createBinaryTree(){
    BTNode node1 = new BTNode(1);
    BTNode node1 = new BTNode(2);
    BTNode node1 = new BTNode(3);
    BTNode node1 = new BTNode(4);
    BTNode node1 = new BTNode(5);
    BTNode node1 = new BTNode(6);
    root = node1;
    node1.left = node2;
    node2.left = node3;
    node1.right = node4;
    node4.left = node5;
    node5.right = node6;
}
在遍历二叉树时,如果没有进行某种约定,每个人都按照自己的方式遍历,得出的结果就比较混乱, 如果按 照某种规则进行约定,则每个人对于同一棵树的遍历结果肯定是相同的 。如果 N 代表根节点, L 代表根节点的 左子树,R 代表根节点的右子树,则根据遍历根节点的先后次序有以下遍历方式:
  • NLR:前序遍历(Preorder Traversal 亦称先序遍历)——访问根结点--->根的左子树--->根的右子树。
  • LNR中序遍历(Inorder Traversal)——根的左子树--->根节点--->根的右子树。
  • LRN后序遍历(Postorder Traversal)——根的左子树--->根的右子树--->根节点。
下面主要分析前序递归遍历,中序与后序图解类似。

层序遍历

层序遍历 :除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外,还可以对二叉树进行层序遍历。设二叉树的根节点所在 层数为1,层序遍历就是从所在二叉树的根节点出发,首先访问第一层的树根节点,然后从左到右访问第 2 层 上的节点,接着是第三层的节点,以此类推,自上而下,自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历。
下面做选择题熟悉遍历三种方式
  1. 某完全二叉树按层次输出(同一层从左到右)的序列为 ABCDEFGH 。该完全二叉树的前序序列为 ( )
    A: ABDHECFG     B: ABCDEFGH       C: HDBEAFCG           D: HDEBFGCA
 2. 二叉树的先序遍历和中序遍历如下:先序遍历: EFHIGJK; 中序遍历: HFIEJKG. 则二叉树  根结点为 ()
   A: E                         B: F                       C: G                            D: H
 3.设一课二叉树的中序遍历序列: badce ,后序遍历序列: bdeca ,则二叉树前序遍历序列为 () 
  A: adbce                   B: decab                C: debac                    D: abcde
  4. 某二叉树的后序遍历序列与中序遍历序列相同,均为  ABCDEF ,则按层次输出 ( 同一层从左到右 ) 的序列为 ()   
A: FEDCBA               B: CBAFED            C: DEFCBA               D: ABCDEF
【参考答案】 1.A 2.A 3.D 4.A

2.5二叉树的基本操作

对于二叉树有以下常见操作,会在二叉树下篇经典面试题中讲解。

// 获取树中节点的个数
int size ( Node root );
// 获取叶子节点的个数
int getLeafNodeCount ( Node root );
// 子问题思路 - 求叶子结点个数
// 获取第 K 层节点的个数
int getKLevelNodeCount ( Node root , int k );
// 获取二叉树的高度
int getHeight ( Node root );
// 检测值为 value 的元素是否存在
Node find ( Node root , int val );
// 层序遍历
void levelOrder ( Node root );
// 判断一棵树是不是完全二叉树
boolean isCompleteTree ( Node root );

 初始二叉树就到这里啦刚了解二叉树概念性东西比较多,多看几遍就记住了。关注我,下篇讲解二叉树的多种遍历方式及多道经典面试题。不要错过喔

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