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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T1、T2、…、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
树是递归定义的
注意:树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构
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6
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6
叶子结点或终端结点:度为0的结点称为叶结点; 如上图:B、C、H、I…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是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是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:D、E、F、G…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:H、I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
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
}
文件系统管理(目录和文件)
一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合:
推导
假设一棵二叉树有N个节点
n0:代表度为0的
N = n0+n1+n2
节点为N有N-1个边,n1有一条边,n2有有两条边
N -1 = n1 + 2*n2
联立:
n0 + n1 + n2 -1= n1 + 2*n2
n0 = n2 +1
推导
2的k次方 -1 = n
2的k次方 = n+1
k = log2(n+1)
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 解释: n0 = n2+1 n2 = 199; n0 = 200 n1 = 0; 故选B 2.A n0 = n2 +1 设n2 = x n1 可能为1或者0,但因为有2n个节点,只能为1 2n = x-1 + x + 1 x = n 故选A 3.B 767 = n0 +n1 +n2 767 = 2*n0 -1 + n1 n1只能为0 2*n0 = 768 n0 = 384 故选B 4.B k = log2(532) k向上取整为10 故选B
二叉树的存储结构分为:顺序存储和类似于链表的链式存储。
顺序存储在下节介绍。
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
}
孩子双亲表示法后序在平衡树位置介绍,本文采用孩子表示法来构建二叉树。
目前的思路:先创建节点,以穷举的方式创建一个二叉树!先学会二叉树的遍历操作,再做其他的!
package demo1; public class BinaryTree { static class TreeNode{ public char val; public TreeNode left; public TreeNode right; public TreeNode(char val) { this.val =val; } } public TreeNode createTree() { TreeNode A = new TreeNode('A'); TreeNode B = new TreeNode('B'); TreeNode C = new TreeNode('C'); TreeNode D = new TreeNode('D'); TreeNode E = new TreeNode('E'); TreeNode F = new TreeNode('F'); TreeNode G = new TreeNode('G'); TreeNode H = new TreeNode('H'); A.left = B; A.right = C; B.left = D; B.right = E; E.right = H; C.left = F; C.right = G; return A; } }
分别用前中后遍历树:
// 前序遍历
void preOrder(TreeNode root);
// 中序遍历
void inOrder(TreeNode root);
// 后序遍历
void postOrder(TreeNode root);
// 前序遍历 void preOrder(TreeNode root) { if(root==null) { return; } System.out.println(root.val+" "); preOrder(root.left); preOrder(root.right); } // 中序遍历 void inOrder(TreeNode root) { if(root==null) { return; } inOrder(root.left); System.out.println(root.val+" "); inOrder(root.right); } // 后序遍历 void postOrder(TreeNode root) { if(root==null) { return; } postOrder(root.left); postOrder(root.right); System.out.print(root.val+" "); }
public class Test { public static void main(String[] args) { BinaryTree binaryTree = new BinaryTree(); BinaryTree.TreeNode root = binaryTree.createTree(); System.out.println("==="); binaryTree.preOrder(root); System.out.println(); binaryTree.inOrder(root); System.out.println(); binaryTree.postOrder(root); System.out.println(); } }
学习二叉树结构,最简单的方式是遍历。**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。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。
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。
// 获取树中节点的个数
int size(TreeNode root);
// 获取叶子节点的个数
int getLeafNodeCount(TreeNode 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);
public int size(TreeNode root)
{
if(root==null)
{
return 0;
}
return size(root.left)+size(root.right)+1;
}
int getLeafNodeCount(TreeNode root)
{
if(root==null)
{
return 0;
}
if(root.left==null&&root.right==null)
{
return 1;
}
return getLeafNodeCount(root.left)+getLeafNodeCount(root.right);
}
int getKLevelNodeCount(TreeNode root,int k)
{
if(root==null)
{
return 0;
}
if(k==1)
{
return 1;
}
return getKLevelNodeCount(root.left,k-1)+getKLevelNodeCount(root.right,k-1);
}
int getHeight(TreeNode root)
{
if(root==null)
{
return 0;
}
return Math.max(getHeight(root.left),getHeight(root.right))+1;
}
TreeNode find(TreeNode root, int val) { if(root==null) { return null; } if(root.val==val) { return root; } TreeNode ret1 = find(root.left,val); if(ret1!=null) { return ret1; } TreeNode ret2 = find(root.right,val); if(ret2!=null) { return ret2; } return null; }
void levelOrder(TreeNode root) { Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>(); if(root==null) {return;} queue.offer(root); while (!queue.isEmpty()) { TreeNode cur = queue.poll(); System.out.print(cur.val+" "); if(cur.left!=null) { queue.offer(cur.left); } if(cur.right!=null) { queue.offer(cur.right); } } System.out.println(); return; }
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
答案:
1.A
2.B
由先序遍历确定根,再由中序遍历左子树和右子树。
3.D
方法同上
由后续遍历从后面可以确定根节点,在由中序遍历确定左右子树。
4.A
相同的树
1.如果两个节点不为空判断值
2.如果一个节点为空一个不为抗肯定不是相同的树
整体来看:要判断两个树是否相同,得同时判断根,然后判断两棵数的左子树是否相同&&两棵树的右子树是否相同
class Solution { public boolean isSameTree(TreeNode p, TreeNode q) { if((p==null&&q!=null)||(p!=null&&q==null)) { return false; } if(p==null&&q==null) { return true; } if(p.val!=q.val) { return false; } return isSameTree(p.left,q.left)&&isSameTree(p.right,q.right); } }
另一棵树的子树
如果根节点比较完不是相同的树
那么是不是意味着,这个subRoot这棵树和root的某一个子树是相同的判断的是subRoot和root的左树是不是两棵相同的树,不是那么判断右树。
这会使用到,刚刚的判断两棵树是否相同的那个代码
class Solution { public boolean isSameTree(TreeNode p, TreeNode q) { if((p==null&&q!=null)||(p!=null&&q==null)) { return false; } if(p==null&&q==null) { return true; } if(p.val!=q.val) { return false; } return isSameTree(p.left,q.left)&&isSameTree(p.right,q.right); } public boolean isSubtree(TreeNode root, TreeNode subRoot) { if(root==null||subRoot==null) { return false; } if(isSameTree(root,subRoot)) { return true; } if(isSubtree(root.left,subRoot)) { return true; } if(isSubtree(root.right,subRoot)) { return true; } return false; } }
翻转二叉树
只要遍历到这个节点,就把这个节点的两个引用换一下就好了,直到所有节点遍历完成。
class Solution {
public TreeNode invertTree(TreeNode root) {
if(root==null)
{
return null;
}
TreeNode temp = root.left;
root.left = root.right;
root.right = temp;
invertTree(root.left);
invertTree(root.right);
return root;
}
}
class Solution { public int getHeight(TreeNode root) { if(root==null) { return 0; } int leftHeight = getHeight(root.left); if(leftHeight<0) { return-1; } int rightHeiht = getHeight(root.right); if(leftHeight>=0&&rightHeiht>=0&&Math.abs(leftHeight-rightHeiht)<=1) { return Math.max(leftHeight,rightHeiht) +1; } else { return -1; } } public boolean isBalanced(TreeNode root) { if(root==null) { return true; } int leftHeight = getHeight(root.left); int rightHeiht = getHeight(root.right); if(leftHeight==-1||rightHeiht==-1) { return false; } return Math.abs(leftHeight-rightHeiht)<=1&&isBalanced(root.left)&&isBalanced(root.right); } }
对称二叉树
要判断左右树对称不?
1.根的值一样
2.左树的左和右树的右
3.左树的右和右树的左
class Solution { public boolean isSymmetric(TreeNode root) { if(root==null) { return true; } return isSymmetricChild(root.left,root.right); } public boolean isSymmetricChild(TreeNode left,TreeNode right) { if(left==null&&right==null) { return true; } if(left==null||right==null) { return false; } if(left.val!=right.val) { return false; } return isSymmetricChild(left.left,right.right)&&isSymmetricChild(left.right,right.left); } }
二叉树遍历
用前序遍历的方法,来创建二叉树。
用后续遍历,打印二叉树
import java.util.Scanner; class TreeNode{ public char val; public TreeNode left; public TreeNode right; public TreeNode(char val) { this.val =val; } } // 注意类名必须为 Main, 不要有任何 package xxx 信息 public class Main { public static int i = 0; public static void main(String[] args) { Scanner in = new Scanner(System.in); // 注意 hasNext 和 hasNextLine 的区别 while (in.hasNextLine()) { i = 0; String str = in.nextLine(); TreeNode root = createTree(str); inorder(root); } } public static TreeNode createTree(String str) { if(str.charAt(i)!='#') { TreeNode root = null; root = new TreeNode(str.charAt(i++)); root.left = createTree(str); root.right = createTree(str); return root; } else { i++; return null; } } public static void inorder(TreeNode root) { if(root==null) { return ; } inorder(root.left); System.out.print(root.val+" "); inorder(root.right); } }
二叉树的层序遍历
用队列将节点按层放入,和按层放出。
class Solution { public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) { List<List<Integer>> ret = new ArrayList<>(); Queue<TreeNode> queue = new LinkedList(); if(root==null) { return ret; } queue.offer(root); while(!queue.isEmpty()) { int n = queue.size(); ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>(); while(n--!=0) { arrayList.add(queue.peek().val); TreeNode left = queue.peek().left; TreeNode right = queue.peek().right; queue.poll(); if(left!=null) { queue.offer(left); } if(right!=null) { queue.offer(right); } } ret.add(arrayList); } return ret; } }
二叉树的最近公共祖先
分为三种情况:
1、p,q在两侧,此时root就是最近公共祖先
2、root即为p,q其中一个节点,这个root就是最近公共祖先。
3、p,q在一侧,被返回的就是最极公共祖先
/** * Definition for a binary tree node. * public class TreeNode { * int val; * TreeNode left; * TreeNode right; * TreeNode(int x) { val = x; } * } */ class Solution { public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) { if(root==null) { return null; } if(root==p||root==q) { return root; } TreeNode leftTree = lowestCommonAncestor(root.left,p,q); TreeNode rightTree = lowestCommonAncestor(root.right,p,q); if(leftTree==null) { return rightTree; } if(rightTree==null) { return leftTree; } return root; } }
从前序与中序遍历序列构造二叉树
通过前序遍历找确定根,在通过中序,将根左右子树分出来。
class Solution { int preIndex = 0; public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) { preIndex = 0; return buildTreeChild(preorder,inorder,0,inorder.length-1); } public TreeNode buildTreeChild(int[] preorder,int[] inorder,int inbegin,int inend) { if(preIndex>=preorder.length) { return null; } if(inbegin>inend) { return null; } int rooti = preorder[preIndex++]; TreeNode root = new TreeNode(rooti); for(int i = inbegin;i<=inend;i++) { if(inorder[i]==rooti) { root.left = buildTreeChild(preorder,inorder,inbegin,i-1); root.right = buildTreeChild(preorder,inorder,i+1,inend); break; } } return root; } }
和上一题一样,用后序找根,然后将根和左右子树分出来,在创建右子树,最后才是左子树。
class Solution { int posIndex = 0; public TreeNode buildTree(int[] inorder, int[] postorder) { posIndex = postorder.length-1; return buildTreeChild(inorder,postorder,0,inorder.length-1); } public TreeNode buildTreeChild(int[] inorder, int[] postorder,int inbegin,int inend) { if(posIndex<0) { return null; } if(inbegin>inend) { return null; } int rooti = postorder[posIndex--]; TreeNode root = new TreeNode(rooti); for(int i = inbegin;i<=inend;i++) { if(inorder[i]==rooti) { root.right = buildTreeChild(inorder,postorder,i+1,inend); root.left = buildTreeChild(inorder,postorder,inbegin,i-1); break; } } return root; } }
根据二叉树创建字符串
和前序遍历一样,但分处理情况:
1、左子树不为空,在遍历到下一个左子树前,添加左括号,回来后添加右括号。
2、左子树为空,右子树不为空,添加一个括号。
3、左右树都不为空,在递归前添加左括号,回来后加右括号。
class Solution { public String tree2str(TreeNode root) { StringBuffer stringBuffer= new StringBuffer(); tree2strChild(root,stringBuffer); return stringBuffer.toString(); } public void tree2strChild(TreeNode root,StringBuffer stringBuffer) { if(root==null) { return; } stringBuffer.append(root.val); if(root.left!=null) { stringBuffer.append('('); tree2strChild(root.left,stringBuffer); stringBuffer.append(')'); } else { if(root.right!=null) { stringBuffer.append("()"); } } if(root.right!=null) { stringBuffer.append('('); tree2strChild(root.right,stringBuffer); stringBuffer.append(')'); } return; } }
前序遍历二叉树非递归
可以用到栈,在遍历根和左树的时候将根放入栈里,当遍历到空的时候,出栈,就可以遍历到右树了。
class Solution { public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) { Stack<TreeNode> stack = new Stack<>(); List<Integer> ret = new ArrayList<>(); if(root==null) { return ret; } TreeNode cur = root; while(cur!=null||!stack.isEmpty()) { while(cur!=null) { ret.add(cur.val); stack.push(cur); cur = cur.left; } if(!stack.isEmpty()) { cur = stack.pop().right; } } return ret; } }
中序遍历非递归
和前序遍历非递归一样,只是打印根时间改变了,大体一致。
class Solution { public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) { Stack<TreeNode> stack = new Stack<>(); List<Integer> ret = new ArrayList<>(); if(root==null) { return ret; } TreeNode cur = root; while(cur!=null||!stack.isEmpty()) { while(cur!=null) { stack.push(cur); cur=cur.left; } cur = stack.pop(); ret.add(cur.val); cur = cur.right; } return ret; } }
后序遍历非递归
和前面类似,但可以通过记录前一个打印指针,来判断下一个是否遍历过右边。
class Solution { public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) { List<Integer>ret = new ArrayList<>(); if(root==null) { return ret; } Stack<TreeNode> stack = new Stack<>(); TreeNode cur= root; TreeNode pre =null; while(cur!=null||!stack.isEmpty()) { while(cur!=null) { stack.push(cur); cur =cur.left; } cur = stack.peek(); if(cur.right==null||cur.right==pre) { ret.add(cur.val); pre = cur; stack.pop(); cur = null; } else { cur = cur.right; } } return ret; } }
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