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树、二叉树、满二叉树、完全二叉树(详解)

树、二叉树、满二叉树、完全二叉树(详解)

目录

树的概念

树的相关概念

树的表示

树的实际应用

二叉树

二叉树的概念

现实二叉树

特殊二叉树

        满二叉树

        完全二叉树

二叉树的性质

二叉树的存储结构

        顺序结构

        链式结构


树的概念

        树是一种非线性的数据结构,它是由n(n>=0)个有限结点组成的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颗倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。

  • 有一个特殊的结点,称为根结点,根节点没有前驱结点
  • 除根节点外,其余结点被分成M(M>0)个互不相交的集合T1、T2、……、Tm,其中每一个集合Ti(1<= i <= m)又是一棵结构与树类似的子树。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
  • 因此,树是递归定义的。

         注:树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构

树的相关概念

        节点的度:一个节点含有的子树的个数称为该节点的度; 如上图:A的为6

        叶节点或终端节点:度为0的节点称为叶节点; 如上图:B、C、H、I...等节点为叶节点

        非终端节点或分支节点:度不为0的节点; 如上图:D、E、F、G...等节点为分支节点

        双亲节点或父节点:若一个节点含有子节点,则这个节点称为其子节点的父节点; 如上图:A是B的父节点

        孩子节点或子节点:一个节点含有的子树的根节点称为该节点的子节点; 如上图:B是A的孩子节点

        兄弟节点:具有相同父节点的节点互称为兄弟节点; 如上图:B、C是兄弟节点

        树的度:一棵树中,最大的节点的度称为树的度; 如上图:树的度为6 节点的层次:从根开始定义起,根为第1层,根的子节点为第2层,以此类推;

        树的高度或深度:树中节点的最大层次; 如上图:树的高度为4

        堂兄弟节点:双亲在同一层的节点互为堂兄弟;如上图:H、I互为兄弟节点

        节点的祖先:从根到该节点所经分支上的所有节点;如上图:A是所有节点的祖先

        子孙:以某节点为根的子树中任一节点都称为该节点的子孙。如上图:所有节点都是A的子孙

        森林:由m(m>0)棵互不相交的树的集合称为森林; 

树的表示

        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,既然保存值域,也要保存结点和结点之间 的关系,实际中树有很多种表示方式如:双亲表示法,孩子表示法、孩子双亲表示法以及孩子兄弟表示法 等。我们这里就简单的了解其中最常用的孩子兄弟表示法。        

  1. typedef int DataType;
  2. struct Node
  3. {
  4. struct Node* firstChild; //第一个孩子结点
  5. struct Node* nextBrother; //指向下一个兄弟结点
  6. DataType data; //结点中的数据域
  7. };

树的实际应用

        表示文件系统的目录树结构

 

二叉树

二叉树的概念

        一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合:

        1. 或者为空

        2. 由一个根节点加上两棵别称为左子树和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:

现实二叉树

特殊二叉树

        满二叉树

        一个二叉树,如果每一个层的结点数都达到最大值,则这个二叉树就是满二叉树。也就是 说,如果一个二叉树的层数为K,且结点总数是 ,则它就是满二叉树。

        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1至n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。

总结:
满二叉树:若树的深度为K,那么它的每一层的结点数必须都是满的。
完全二叉树:若数的深度为K,那么它的前K-1层的结点数必须都是满的,第K层的结点数可以不是满的但是从左到右必须是连续的。

二叉树的性质

性质一: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2i-1个结点。
性质二:若规定根结点的层数为1,则深度为h的二叉树的最大结点数为2h-1个。
性质三:对任何一棵二叉树,如果度为0的叶结点个数为n0,度为2的分支结点个数为n2,则有n0 = n2+1。
性质四:若规定根结点的层数为1,则具有N个结点的满二叉树的深度h = log2(N+1)。
性质五:对于具有N个结点的完全二叉树,如果按照从上至下、从左至右的数组顺序对所有结点从0开始编号,则对于序号为i的结点:
        若 i > 0,则该结点的父结点序号为:( i - 1) / 2;若 i = 0,则无父结点。
        若2i + 1 < N,则该结点的左孩子序号为:2i + 1;若2i + 1 >= N,则无左孩子。
        若2i + 2 < N,则该结点的右孩子序号为:2i + 2;若2i + 2 >= N,则无右孩子。

 

二叉树的存储结构

        顺序结构

        顺序结构存储就是使用数组来存储,一般使用数组只适合表示完全二叉树,因为不是完全二叉树会有空间的浪费。而现实生活中只有堆(一种二叉树)才会使用数组来存储。

        二叉树的顺序存储在物理上是一个数组,在逻辑上是一棵二叉树

        链式结构

        二叉树的链式存储结构是指,用链表来表示一棵二叉树,即用链来指示元素之间的逻辑关系。通常的方法是链表中每个结点由三个域组成,数据域和左右指针域,左右指针分别用来存储该结点左孩子和右孩子所在的结点的地址。
        链式结构又分为二叉链和三叉链,之后我们会用二叉链来实现二叉树的链式存储结构,三叉链运用于更高阶的数据结构,例如红黑树。

  1. typedef int BTDataType;
  2. // 二叉链
  3. struct BinaryTreeNode
  4. {
  5. struct BinTreeNode* _pLeft; // 指向当前节点左孩子
  6. struct BinTreeNode* _pRight; // 指向当前节点右孩子
  7. BTDataType _data; // 当前节点值域
  8. };
  9. // 三叉链
  10. struct BinaryTreeNode
  11. {
  12. struct BinTreeNode* _pParent; // 指向当前节点的双亲
  13. struct BinTreeNode* _pLeft; // 指向当前节点左孩子
  14. struct BinTreeNode* _pRight; // 指向当前节点右孩子
  15. BTDataType _data; // 当前节点值域
  16. };
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