前言
??我們知道,「 順序表 」 可以 「 快速索引 」 資料,而 「 鏈表 」 則可以快速的進行資料的「 插入 和 洗掉 」,那么,有沒有一種資料結構,可以快速的實作 「 增 」「 刪 」「 改 」「 查 」 呢?
??本文,我們就來聊一下一種 「 樹形 」 的資料結構,它既有鏈表的快速插入與洗掉的特點,又有順序表快速查找的優勢,它就是:
「 二叉搜索樹 」
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![]()
二叉樹的查找
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二叉搜索樹的洗掉
![]()
二叉搜索樹的插入
點擊我跳轉末尾 獲取 粉絲專屬 《演算法和資料結構》原始碼,
文章目錄
- 前言
- 一、二叉樹的概念
- 1、二叉樹的性質
- 2、特殊二叉樹
- 1)斜樹
- 2)滿二叉樹
- 3)完全二叉樹
- 3、二叉樹的性質
- 1)性質1
- 2)性質2
- 3)性質3
- 4)性質4
- 二、二叉樹的存盤
- 1、順序表存盤
- 1)完全二叉樹
- 2)非完全二叉樹
- 3)稀疏二叉樹
- 2、鏈表存盤
- 三、二叉樹的遍歷
- 1、 前序遍歷
- 1)演算法描述
- 2)原始碼詳解
- 2、 中序遍歷
- 1)演算法描述
- 2)原始碼詳解
- 3、 后序遍歷
- 1)演算法描述
- 2)原始碼詳解
- 四、二叉搜索樹的概念
- 1、定義
- 2、用途
- 3、資料結構
- 4、結點創建
- 五、二叉搜索樹的操作
- 1、查找
- 1)演算法原理
- 2)動圖演示
- 3)原始碼詳解
- 2、插入
- 1)演算法原理
- 2)動圖演示
- 3)原始碼詳解
- 3、洗掉
- 1)演算法原理
- 2)動圖演示
- 3)原始碼詳解
- 4、構造
- 1)演算法原理
- 2)原始碼詳解
- 六、二叉搜索樹的遍歷
- 1、先序遍歷
- 2、中序遍歷
- 3、后序遍歷
- 七、二叉搜索樹的總結
- 粉絲專屬福利
一、二叉樹的概念
??在學習二叉搜索樹之前,我們首先需要了解下什么是二叉樹,
1、二叉樹的性質
??二叉樹是一種樹,它有如下幾個特征:
????1)每個結點最多 2 棵子樹,即每個結點的孩子結點個數為 0、1、2;
????2)這兩棵子樹是有順序的,分別叫:左子樹 和 右子樹;
????3)如果只有一棵子樹的情況,也需要區分順序,如圖所示:

??
b
b
b 為
a
a
a 的左子樹;

??
c
c
c 為
a
a
a 的右子樹;
2、特殊二叉樹
1)斜樹
??所有結點都只有左子樹的二叉樹被稱為左斜樹,

??所有結點都只有右子樹的二叉樹被稱為右斜樹,

??斜樹有點類似線性表,所以線性表可以理解為一種特殊形式的樹,
2)滿二叉樹
??對于一棵二叉樹,如果它的所有根結點和內部結點都存在左右子樹,且所有葉子結點都在同一層,這樣的樹就是滿二叉樹,

??滿二叉樹有如下幾個特點:
????1)葉子結點一定在最后一層;
????2)非葉子結點的度為 2;
????3)深度相同的二叉樹,滿二叉樹的結點個數最多,為
2
h
?
1
2^h-1
2h?1(其中
h
h
h 代表深度),
3)完全二叉樹
??對一棵具有
n
n
n 個結點的二叉樹按照層序進行編號,如果編號
i
i
i 的結點和同樣深度的滿二叉樹中的編號
i
i
i 的結點在二叉樹中位置完全相同,則被稱為 完全二叉樹,

??滿二叉樹一定是完全二叉樹,而完全二叉樹則不一定是滿二叉樹,
??完全二叉樹有如下幾個特點:
????1)葉子結點只能出現在最下面兩層,
????2)最下層的葉子結點一定是集中在左邊的連續位置;倒數第二層如果有葉子結點,一定集中在右邊的連續位置,
????3)如果某個結點度為 1,則只有左子樹,即 不存在只有右子樹 的情況,
????4)同樣結點數的二叉樹,完全二叉樹的深度最小,
??如下圖所示,就不是一棵完全二叉樹,因為 5 號結點沒有右子樹,但是 6 號結點是有左子樹的,不滿足上述第 2 點,

3、二叉樹的性質
??接下來我們來看下,二叉樹有哪些重要的性質,
1)性質1
??【性質1】二叉樹的第 i ( i ≥ 1 ) i (i \ge 1) i(i≥1) 層上至多有 2 i ? 1 2^{i-1} 2i?1 個結點,
??既然是至多,就只需要考慮滿二叉樹的情況,對于滿二叉樹而言,當前層的結點數是上一層的兩倍,第一層的結點數為 1,所以第 i i i 的結點數可以通過等比數列公式計算出來,為 2 i ? 1 2^{i-1} 2i?1,
2)性質2
??【性質2】深度為 h h h 的二叉樹至多有 2 h ? 1 2^{h}-1 2h?1 個結點,
??對于任意一個深度為
h
h
h 的二叉樹,滿二叉樹的結點數一定是最多的,所以我們可以拿滿二叉樹進行計算,它的每一層的結點數為
1
1
1、
2
2
2、
4
4
4、
8
8
8、…、
2
h
?
1
2^{h-1}
2h?1,
??利用等比數列求和公式,得到總的結點數為:
1
+
2
+
4
+
.
.
.
+
2
h
?
1
=
2
h
?
1
1 + 2 + 4 + ... + 2^{h-1} = 2^h - 1
1+2+4+...+2h?1=2h?1
3)性質3
??【性質3】對于任意一棵二叉樹 T T T,如果葉子結點數為 x 0 x_0 x0?,度為 2 的結點數為 x 2 x_2 x2?,則 x 0 = x 2 + 1 x_0 = x_2 + 1 x0?=x2?+1
??令
x
1
x_1
x1? 代表度 為 1 的結點數,總的結點數為
n
n
n,則有:
n
=
x
0
+
x
1
+
x
2
n = x_0 + x_1 + x_2
n=x0?+x1?+x2?
??任意一個結點到它孩子結點的連線我們稱為這棵樹的一條邊,對于任意一個非空樹而言,邊數等于結點數減一,令邊數為
e
e
e,則有:
e
=
n
?
1
e = n-1
e=n?1

??對于度為 1 的結點,可以提供 1 條邊,如圖中的黃色結點;對于度為 2 的結點,可以提供 2 條邊,如圖中的紅色結點,所以邊數又可以通過度為 1 和 2 的結點數計算得出:
e
=
x
1
+
2
x
2
e = x_1 + 2 x_2
e=x1?+2x2???聯立上述三個等式,得到:
e
=
n
?
1
=
x
0
+
x
1
+
x
2
?
1
=
x
1
+
2
x
2
e = n-1 = x_0+x_1+x_2 - 1 = x_1 + 2 x_2
e=n?1=x0?+x1?+x2??1=x1?+2x2???化簡后,得證:
x
0
=
x
2
+
1
x_0 = x_2 + 1
x0?=x2?+1
4)性質4
??【性質4】具有 n n n 個結點的完全二叉樹的深度為 ? l o g 2 n ? + 1 \lfloor log_2n \rfloor + 1 ?log2?n?+1,
??由【性質2】可得,深度為
h
h
h 的二叉樹至多有
2
h
?
1
2^{h}-1
2h?1 個結點,所以,假設一棵樹的深度為
h
h
h,它的結點數為
n
n
n,則必然滿足:
n
≤
2
h
?
1
n \le 2^{h}-1
n≤2h?1??由于是完全二叉樹,它一定比深度為
h
?
1
h-1
h?1 的結點數要多,即:
2
h
?
1
?
1
<
n
2^{h-1}-1 \lt n
2h?1?1<n??將上述兩個不等式,稍加整理,得到:
2
h
?
1
≤
n
<
2
h
2^{h-1} \le n \lt 2^h
2h?1≤n<2h??然后,對不等式兩邊取以2為底的對數,得到:
h
?
1
≤
l
o
g
2
n
<
h
h-1 \le log_2n \lt h
h?1≤log2?n<h??這里,由于
h
h
h 一定是整數,所以有:
h
=
?
l
o
g
2
n
?
+
1
h = \lfloor log_2n \rfloor + 1
h=?log2?n?+1
二、二叉樹的存盤
1、順序表存盤
??二叉樹的順序存盤就是指利用陣列對二叉樹進行存盤,結點的存盤位置即陣列下標,能夠體現結點之間的邏輯關系,比如父結點和孩子結點之間的關系,左右兄弟結點之間的關系 等等,
1)完全二叉樹
??來看一棵完全二叉樹,我們對它進行如下存盤,

??編號代表了陣列下標的絕對位置,映射后如下:
| 下標 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| d a t a data data | ? - ? | a a a | b b b | c c c | d d d | e e e | f f f | g g g | h h h | i i i | j j j | k k k | l l l |
??這里為了方便,我們把陣列下標為 0 的位置給留空了,這樣一來,當知道某個結點的下標 x x x,就可以知道它左右兒子的下標分別為 2 x 2x 2x 和 2 x + 1 2x+1 2x+1;反之,當知道某個結點的下標 x x x,也能知道它父結點的下標為 ? x 2 ? \lfloor \frac x 2 \rfloor ?2x??,
2)非完全二叉樹
??對于非完全二叉樹,只需要將對應不存在的結點設定為空即可,

??編號代表了陣列下標的絕對位置,映射后如下:
| 下標 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| d a t a data data | ? - ? | a a a | b b b | c c c | d d d | e e e | f f f | g g g | ? - ? | ? - ? | ? - ? | k k k | l l l |
3)稀疏二叉樹
??對于較為稀疏的二叉樹,就會有如下情況出現,這時候如果用這種方式進行存盤,就比較浪費記憶體了,

??編號代表了陣列下標的絕對位置,映射后如下:
| 下標 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| d a t a data data | ? - ? | a a a | b b b | c c c | d d d | ? - ? | ? - ? | g g g | h h h | ? - ? | ? - ? | ? - ? | ? - ? |
??于是,我們可以采取鏈表進行存盤,
2、鏈表存盤
??二叉樹每個結點至多有兩個孩子結點,所以對于每個結點,設定一個 資料域 和 兩個 指標域 即可,指標域 分別指向 左孩子結點 和 右孩子結點,
typedef struct TreeNode {
DataType data;
struct TreeNode *left; // (1)
struct TreeNode *right; // (2)
}TreeNode;
-
(
1
)
(1)
(1)
left指向左孩子結點; -
(
2
)
(2)
(2)
right指向右孩子結點;

三、二叉樹的遍歷
??二叉樹的遍歷是指從根結點出發,按照某種次序依次訪問二叉樹中的所有結點,使得每個結點訪問一次且僅被訪問一次,
??對于線性表的遍歷,要么從頭到尾,要么從尾到頭,遍歷方式較為單純,但是樹不一樣,它的每個結點都有可能有兩個孩子結點,所以遍歷的順序面臨著不同的選擇,
??二叉樹的常用遍歷方法有以下四種:前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷、層序遍歷,
??我們用 void visit(TreeNode *root)這個函式代表訪問某個結點,這里為了簡化問題,訪問結點的程序就是列印對應資料域的程序,如下代碼所示:
void visit(TreeNode *root) {
printf("%c", root->data);
}
1、 前序遍歷
1)演算法描述
??【前序遍歷】如果二叉樹為空,則直接回傳,否則,先訪問根結點,再遞回前序遍歷左子樹,再遞回前序遍歷右子樹,
??前序遍歷的結果如下: a b d g h c e f i abdghcefi abdghcefi,
2)原始碼詳解
void preorder(TreeNode *root) {
if(root == NULL) {
return ; // (1)
}
visit(root); // (2)
preorder(root->left); // (3)
preorder(root->right); // (4)
}
- ( 1 ) (1) (1) 待訪問結點為空時,直接回傳;
- ( 2 ) (2) (2) 先訪問當前樹的根;
- ( 3 ) (3) (3) 再前序遍歷左子樹;
- ( 4 ) (4) (4) 最后前序遍歷右子樹;
2、 中序遍歷
1)演算法描述
??【中序遍歷】如果二叉樹為空,則直接回傳,否則,先遞回中序遍歷左子樹,再訪問根結點,再遞回中序遍歷右子樹,
??中序遍歷的結果如下: g d h b a e c i f gdhbaecif gdhbaecif,
2)原始碼詳解
void inorder(TreeNode *root) {
if(root == NULL) {
return ; // (1)
}
inorder(root->left); // (2)
visit(root); // (3)
inorder(root->right); // (4)
}
- ( 1 ) (1) (1) 待訪問結點為空時,直接回傳;
- ( 2 ) (2) (2) 先中序遍歷左子樹;
- ( 3 ) (3) (3) 再訪問當前樹的根;
- ( 4 ) (4) (4) 最后中序遍歷右子樹;
3、 后序遍歷
1)演算法描述
??【后序遍歷】如果二叉樹為空,則直接回傳,否則,先遞回后遍歷左子樹,再遞回后序遍歷右子樹,再訪問根結點,
??后序遍歷的結果如下: g h d b e i f c a ghdbeifca ghdbeifca,
2)原始碼詳解
void postorder(TreeNode *root) {
if(root == NULL) {
return ; // (1)
}
postorder(root->left); // (2)
postorder(root->right); // (3)
visit(root); // (4)
}
- ( 1 ) (1) (1) 待訪問結點為空時,直接回傳;
- ( 2 ) (2) (2) 先后序遍歷左子樹;
- ( 3 ) (3) (3) 再后序遍歷右子樹;
- ( 4 ) (4) (4) 再訪問當前樹的根;
四、二叉搜索樹的概念
1、定義
??二叉搜索樹,又稱為二叉排序樹,二叉查找樹,它滿足如下四點性質:
????1)空樹是二叉搜索樹;
????2)若它的左子樹不為空,則左子樹上所有結點的值均小于它根結點的值;
????3)若它的右子樹不為空,則右子樹上所有結點的值均大于它根結點的值;
????4)它的左右子樹均為二叉搜索樹;

??如圖所示,對于任何一棵子樹而言,它的根結點的值一定大于左子樹所有結點的值,且一定小于右子樹所有結點的值,
2、用途
??從二叉搜索樹的定義可知,它的前提是二叉樹,并且采用了遞回的方式進行定義,它的結點間滿足一個偏序關系,左子樹根結點的值一定比父結點小,右子樹根結點的值一定比父結點大,
??正如它的名字所說,構造這樣一棵樹的目的是為了提高搜索的速度,如果對二叉搜索樹進行中序遍歷,我們可以發現,得到的序列是一個遞增序列,

3、資料結構
??我們用孩子表示法來定義一棵二叉搜索樹的結點,如下:
struct TreeNode {
int val; // (1)
struct TreeNode *left; // (2)
struct TreeNode *right; // (3)
};
- ( 1 ) (1) (1) 二叉搜索樹結點的值,注意,這里的型別其實可以是任意型別,只要這種型別支持 關系運算子 的比較即可,本文為了把問題簡單話,一律采用整數進行講解,
-
(
2
)
(2)
(2) 二叉搜索樹結點的左兒子結點的指標,沒有左兒子結點時,值為
NULL; -
(
3
)
(3)
(3) 二叉搜索樹結點的右兒子結點的指標,沒有右兒子結點時,置為
NULL;
4、結點創建
??結點創建就是給結點分配一塊記憶體,并且填充它的資料域和指標域,然后回傳這個結點,C語言實作如下:
struct TreeNode* createNode(int val) {
struct TreeNode* node = (struct TreeNode*) malloc( sizeof(struct TreeNode) );
node->val = val;
node->left = NULL;
node->right = NULL;
return node;
}
五、二叉搜索樹的操作
1、查找
??二叉搜索樹的查找指的是:在樹上查找某個數是否存在,存在回傳true,不存在回傳false,
1)演算法原理
??對于要查找的數val,從根結點出發,總共四種情況依次判斷:
????1)若為空樹,直接回傳false;
????2)val的值 等于 樹根結點的值,則直接回傳true;
????3)val的值 小于 樹根結點的值,說明val對應的結點不在根結點,也不在右子樹上,則遞回回傳左子樹的 查找 結果;
????4)val的值 大于 樹根結點的值,說明val對應的結點不在根結點,也不在左子樹上,則遞回回傳右子樹的 查找 結果;
2)動圖演示
??如圖所示,代表的是從一個二叉搜索樹中查找一個值為 3 的結點,一開始, 3 比根結點 5 小,于是遞回訪問左子樹;還是比子樹的根結點 4 小,于是繼續遞回訪問左子樹;這時候比根結點 2 大,于是遞回訪問右子樹,正好找到值為 3 的結點,回溯結束查找,

3)原始碼詳解
bool BSTFind(struct TreeNode* root, int val) { // (1)
if(root == NULL) {
return false; // (2)
}
if(root->val == val) {
return true; // (3)
}
if(val < root->val) {
return BSTFind(root->left, val); // (4)
}else {
return BSTFind(root->right, val); // (5)
}
}
-
(
1
)
(1)
(1)
BSTFind這個函式用于查找以now為根結點的樹中是否存在值為val這個結點; -
(
2
)
(2)
(2) 空樹是不可能存在值為
val的結點的,直接回傳false; -
(
3
)
(3)
(3) 一旦發現有值為
val的結點,直接回傳true; -
(
4
)
(4)
(4)
val的值 小于 樹根結點的值,說明val對應的結點不在根結點,也不在右子樹上,則遞回回傳左子樹的 查找 結果; -
(
5
)
(5)
(5)
val的值 大于 樹根結點的值,說明val對應的結點不在根結點,也不在左子樹上,則遞回回傳右子樹的 查找 結果;
2、插入
??二叉搜索樹的插入指的是:將給定的值生成結點后,插入到樹上的某個位置,并且保持這棵樹還是二叉搜索樹,
1)演算法原理
??對于要插入的數val,從根結點出發,總共四種情況依次判斷:
????1)若為空樹,則創建一個值為val的結點并且回傳;
????2)val的值 等于 樹根結點的值,無須執行插入,直接回傳根結點;
????3)val的值 小于 樹根結點的值,那么插入位置一定在 左子樹,遞回執行插入左子樹的程序,并且回傳插入結果作為新的左子樹;
????4)val的值 大于 樹根結點的值,那么插入位置一定在 右子樹,遞回執行插入右子樹的程序,并且回傳插入結果作為新的右子樹;
2)動圖演示
??如圖所示,代表的是將一個值為 3 的結點插入到一個二叉搜索樹中,一開始, 3 比根結點 5 小,于是遞回插入左子樹;還是比子樹的根結點 4 小,于是繼續遞回插入左子樹;這時候比根結點 2 大,于是遞回插入右子樹,右子樹為空,則直接生成一個值為 3 的結點,回溯結束插入,

3)原始碼詳解
struct TreeNode* BSTInsert(struct TreeNode* root, int val){ // (1)
if(root == NULL) {
return createNode(val); // (2)
}
if(val == root->val) {
return root; // (3)
}
if(val < root->val) { // (4)
root->left = BSTInsert(root->left, val);
}else { // (5)
root->right = BSTInsert(root->right, val);
}
return root;
}
-
(
1
)
(1)
(1)
BSTInsert函式用于將值為val的結點插入到以root為根結點的子樹中; -
(
2
)
(2)
(2) 如果是空樹,則創建一個值為
val的結點并且回傳; -
(
3
)
(3)
(3)
val的值 等于 樹根結點的值,無須執行插入,直接回傳根結點; -
(
4
)
(4)
(4)
val的值 小于 樹根結點的值,那么插入位置一定在 左子樹,遞回執行插入左子樹的程序,并且回傳插入結果作為新的左子樹; -
(
5
)
(5)
(5)
val的值 大于 樹根結點的值,那么插入位置一定在 右子樹,遞回執行插入右子樹的程序,并且回傳插入結果作為新的右子樹;
3、洗掉
??二叉搜索樹的洗掉指的是:在樹上洗掉給定值的結點,
1)演算法原理
??洗掉值為val的結點的程序,從根結點出發,總共四種情況依次判斷:
????1)空樹,不存在結點直接回傳空樹;
????2)val的值 小于 樹根結點的值,則需要洗掉的結點一定不在右子樹上,遞回呼叫洗掉左子樹的對應結點;
????3)val的值 大于 樹根結點的值,則需要洗掉的結點一定不在左子樹上,遞回呼叫洗掉右子樹的對應結點;
????4)val的值 等于 樹根結點的值,相當于是要洗掉根結點,這時候又要分三種情況:
??????4.1)當前樹只有左子樹,則直接將左子樹回傳,并且釋放當前樹根結點的空間;
??????4.2)當前樹只有右子樹,則直接將右子樹回傳,并且釋放當前樹根結點的空間;
??????4.3)當左右子樹都存在時,需要在右子樹上找到一個值最小的結點,替換新的樹根,而其它結點組成的樹作為它的子樹,并且在子樹中刪掉這個最小的結點,而這一步洗掉的程序正是繼續遞回呼叫結點洗掉的程序;
2)動圖演示
??如圖所示,下圖展示的是,從這棵樹洗掉根結點 5 的程序,首先,由于它有左右兒子結點,所以這個程序,根結點并不是真正的洗掉,而是從右子樹中找到最小的結點 6,替換根結點,并且從根結點為 7 的子樹中洗掉 6 的程序,由于 6 沒有子結點所以這個程序就直接結束了,

3)原始碼詳解
3.1)介面簡介
??在介紹二叉搜索樹的結點洗掉演算法前,我們首先需要知道以下四個介面:
int BSTFindMin(struct TreeNode* root); // (2)
struct TreeNode* BSTDelete(struct TreeNode* root, int val); // (3)
struct TreeNode* Delete(struct TreeNode* root); // (4)
-
(
1
)
(1)
(1)
BSTFindMin:查找root為根的樹中,值最小的那個結點的值,根據二叉搜索樹的性質,如果左子樹存在,則必然存在更小的值,遞回搜索左子樹;如果左子樹不存在,則根結點的值必然最小,直接回傳,具體實作見下文; -
(
2
)
(2)
(2)
BSTDelete:在root為根的樹中,洗掉值為val的結點,是我們需要實作的洗掉介面,具體實作見下文; -
(
3
)
(3)
(3)
Delete:在root為根的樹中,將根結點洗掉,并且使得剩下的樹還是二叉搜索樹,具體實作見下文;
3.2)查找最小結點
int BSTFindMin(struct TreeNode* root) {
if(root->left)
return BSTFindMin(root->left); // (1)
return root->val; // (2)
}
- ( 1 ) (1) (1) 如果左子樹存在,則遞回呼叫左子樹的查找最小結點介面;
- ( 2 ) (2) (2) 如果左子樹不存在,則當前根結點的值一定是最小的,直接回傳介面;
3.3)洗掉給定結點
struct TreeNode* BSTDelete(struct TreeNode* root, int val){
if(NULL == root) {
return NULL; // (1)
}
if(val == root->val) {
return Delete(root); // (2)
}
else if(val < root->val) {
root->left = BSTDelete(root->left, val); // (3)
}else if(val > root->val) {
root->right = BSTDelete(root->right, val); // (4)
}
return root; // (5)
}
- ( 1 ) (1) (1) 如果為空樹,則直接回傳空結點;
-
(
2
)
(2)
(2) 如果需要洗掉的結點,是這棵樹的根結點,則直接呼叫介面
Delete,下文會介紹它的實作; - ( 3 ) (3) (3) 如果需要洗掉的結點的值 小于 樹根結點的值,則需要洗掉的結點必定在左子樹上,遞回呼叫左子樹的洗掉,并且將回傳值作為新的左子樹的根結點;
- ( 4 ) (4) (4) 如果需要洗掉的結點的值 大于 樹根結點的值,則需要洗掉的結點必定在右子樹上,遞回呼叫右子樹的洗掉,并且將回傳值作為新的右子樹的根結點;
- ( 5 ) (5) (5) 最后,回傳當前樹的根結點;
3.4)洗掉給定二叉搜索樹的根結點,并且回傳新的樹根
struct TreeNode* Delete(struct TreeNode* root) {
struct TreeNode *delNode, *retNode;
if(root->left == NULL) { // (1)
delNode = root, retNode = root->right, free(delNode);
}else if(root->right == NULL) { // (2)
delNode = root, retNode = root->left, free(delNode);
}else { // (3)
retNode = (struct TreeNode*) malloc (sizeof(struct TreeNode));
retNode->val = BSTFindMin(root->right);
retNode->right = BSTDelete(root->right, retNode->val);
retNode->left = root->left;
}
return retNode;
}
- ( 1 ) (1) (1) 如果左子樹為空,則用右子樹做為新的樹根;
- ( 2 ) (2) (2) 如果右子樹為空,則用左子樹作為新的樹根;
-
(
3
)
(3)
(3) 否則,當左右子樹都為非空時,利用
BSTFindMin,從右子樹上找出最小的結點,作為新的根,并且在右子樹中洗掉對應的結點,洗掉程序就是遞回呼叫BSTDelete的程序;
4、構造
??二叉搜索樹的構造就是:給定一個陣列序列,構造出一個棵二叉搜索樹,
1)演算法原理
??原理比較簡單,一開始是一棵空樹,然后遍歷陣列,對每個元素生成一個結點,不斷執行插入操作,并且回傳新的樹根,就完成了構造的程序,
2)原始碼詳解
struct TreeNode* BSTConstruct(int *vals, int valSize) {
int i;
struct TreeNode* root = NULL; // (1)
for(i = 0; i < valSize; ++i) {
root = BSTInsert(root, vals[i]); // (2)
}
return root;
}
- ( 1 ) (1) (1) 初始化空樹;
- ( 2 ) (2) (2) 根據陣列給定順序執行插入樹的操作;
??插入程序需要明確一點,就是如果給定的陣列是嚴格遞增,或者嚴格遞減,就會導致每次插入都要遍歷樹的所有結點,這樣就使得整個插入程序的時間復雜度變成了
O
(
n
2
)
O(n^2)
O(n2),改善的方法有幾種:
??方法1:隨機將陣列打亂順序,再執行插入;
??方法2:每次插入后,變換成平衡樹,對于平衡樹相關內容,下篇文章會詳細講解;
六、二叉搜索樹的遍歷
1、先序遍歷
??給定一個某個二叉搜索樹的先序遍歷序列,構造出一棵二叉搜索樹,方法如下:
??1)首先,考慮先序遍歷的特點:先訪問根結點,再依次訪問左右子樹;所以,第一個結點一定是根結點;
??2)然后,陣列往后遍歷的程序中,遇到的所有小于當前根結點的結點,都必然是左子樹上的結點,后面的結點必然是右子樹的(當然,如果檢測到后面的結點有比這個根結點小的,則這個序列無法構造出一棵二叉搜索樹);
??3)遍歷找到左右子樹的分界點后,就可以進行左右子樹遞回計算了,注意遞回時回傳構造完的子樹的根結點,
2、中序遍歷
??二叉搜索樹的中序遍歷是最常用的,一棵二叉搜索樹的中序遍歷是一個遞增序列,
??遞增序列是存在單調性的,所以可以利用這個特性,在有效的時間內找出這棵樹的第
k
k
k 大結點,
3、后序遍歷
??給定一個整數陣列,判斷該陣列是不是某二叉搜索樹的后序遍歷結果,方法如下:
??1)從后序遍歷的定義出發,先左子樹,再右子樹,最后根結點,所以,這個序列的最后一個元素,一定是根結點,且所有小于它的元素作為左子樹,所有大于它的元素作為右子樹,
??2)如果能夠分成這樣兩部分,則遞回計算左右子樹;
??3)否則,在出現第一個大于 最后一個元素的情況下,又出現小于 最后一個元素的情況,則表示這是一種非法情況,直接回傳false,
七、二叉搜索樹的總結
??縱觀二叉搜索樹的查找、插入 和 洗掉,完全取決于二叉搜索樹的形狀,如果是完全二叉樹或者接近完全二叉樹,則這三個程序都是
O
(
l
o
g
2
n
)
O(log_2n)
O(log2?n) 的,如果是斜樹,則三個程序近似操作線性表,為
O
(
n
)
O(n)
O(n),


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