数据结构--二叉树（2）

文章目录

• 二叉树的存储结构
• 二叉树的链式结构
• • 二叉树的遍历
  • 结点个数
  • 寻找二叉树的某个结点
  • 二叉树的层遍历
  • 判断是否为完全二叉树

上一节 二叉树的堆链接入口

二叉树的存储结构

对于二叉树的存储，有两种存储方式：一种是顺序存储，另一种是链式存储。
顺序存储 ：在上一章的堆结构中，用到的就是顺序存储，它是用数字来存储数据，以二叉树的存储逻辑来存储的。一般只适用于完全二叉树，因为完全二叉树存储不会有空间浪费，而且可以根据数组的下标来找到对应的树节点；如果中间有节点是空的，那么或许需要用特殊的字符来表示该节点为空，这样做有些麻烦；

链式存储：对于二叉树来说，我们还是习惯使用链式的结构来存储；用结构体指针来表示左右孩子，分别为左右指针，表示可以走到左右孩子结点，用一个变量来存储数据；

typedef struct BinaryTree
{
	int val;
	struct BinaryTree* left;
	struct BinaryTree* right;
}BTNode;

二叉树的链式结构

对于二叉树的链式结构，需要我们自己来手动创建；

BTNode* BuyTree(int x)
{
	BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("Buynode fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->val = x;
	newnode->left = newnode->right = NULL;

	return newnode;
}

这步骤不难，只需要创建一个结点，将对应值赋值进去即可；

int main()
{
	BTNode* node1 = BuyTree(1);
	BTNode* node2 = BuyTree(2);
	BTNode* node3 = BuyTree(3);
	BTNode* node4 = BuyTree(4);
	BTNode* node5 = BuyTree(5);
	BTNode* node6 = BuyTree(6);
	BTNode* node7 = BuyTree(7);

	node1->left = node2;
	node1->right = node3;
	node2->left = node4;
	node2->right = node5;
	node3->left = node6;
	node3->right = node7;
}

然后我们手动将每个结点联系起来。

二叉树的遍历

二叉树的遍历是实现二叉树结构访问的基本方式；那么一般是如何遍历结点的呢？

对于一颗二叉树的每个结点来说， 将自己看作是一个根节点，左右子树就是根节点的左孩子结点和右孩子结点；我们根据访问孩子结点，那么将孩子结点看作是根节点，它有它的左右孩子结点；

也就是说，在访问结点的过程中，我们可以将每个结点看作是当前的主体，利用递归的方式，将一个大的二叉树化解成每颗小的二叉树去解决，那么这样二叉树就完成了遍历；

有规则这样规定，二叉树有三种递归方式的遍历：

前序遍历 (Preorder Traversal 亦称先序遍历)：先访问根结点，再访问左结点后访问又结点；
中序遍历 (Inorder Traversal)：先访问左子树结点，再访问根结点后访问右结点；
后序遍历(Postorder Traversal)：先访问左子树结点，再访问右子树结点，最后访问根节点；

前中后序遍历根据访问根节点的先后顺序来进行定义的；

上面讲这是一种递归遍历，那么我们就需要根据递归的方式来进行访问遍历。
递归新手入门链接入口

//前序
void PrevOrder(BTNode* root)
{
	//终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return;
	}

	printf("%d ", root->val);
	PrevOrder(root->left);
	PrevOrder(root->right);
}

//中序

void InOrder(BTNode* root)
{
	//终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return;
	}

	InOrder(root->left);
	printf("%d ", root->val);
	InOrder(root->right);
}

//后序
void PostOrder(BTNode* root)
{
	//终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return;
	}

	PostOrder(root->left);
	PostOrder(root->right);
	printf("%d ", root->val);
}

对于前中后序遍历，大体的实现是一样的，只是顺序不同；每一次使用函数，就相当于进入下一个结点了，在函数里面的函数，他就是你的子结点，而当这个函数里面的函数开始实现时，那么他就是主体函数了；

验证：

PrevOrder(node1);
	printf("\n");
	InOrder(node1);
	printf("\n");
	PostOrder(node1);
	printf("\n");

结点个数

有了二叉树的遍历方式，那么就可以算出二叉树的结点数、叶子结点数、层数结点数 了。

//节点个数
int TreeSize(BTNode* root)
{
	//终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return 0;
	}

	return TreeSize(root->left) + TreeSize(root->right) + 1;
}

//叶子节点个数
int LeafTree(BTNode* root)
{
	//终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return 0;
	}
	else if (root->left == NULL && root->right == NULL)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return LeafTree(root->left) + LeafTree(root->right);
	}
}
//第k层节点数
int TreeLevel(BTNode* root, int k)
{
	//终止条件
	if (k == 1)
	{
		return 1;
	}
	//往下递归到k层
	return TreeLevel(root->left, k - 1) + TreeLevel(root->right, k - 1);
}

结点个数：

将空结点返回为0，当某个结点当作是根结点，总结点数就是自己加上左右子树的结点数即可。

叶子结点：

叶子结点只需要在结点个数上改造一下就行，那么就需要对终止条件加以改造；根据叶子结点的概念，来进行设置条件。

k层结点：

我们可以先给出一个数，如第三层，那么我们可以推算一下，在第一层时，k3，第二层时，k2；第三层时，k==1；那么我们就知道了，只要当k等于1时，就到达了第k层了，根据这一条件，来完成条件的设置。

验证：

int size=TreeSize(node1);
	printf("%d\n", size);

	int leaf = LeafTree(node1);
	printf("%d\n", leaf);

	int k = TreeLevel(node1, 2);
	printf("%d\n", k);

寻找二叉树的某个结点

对于寻找某个结点，只要某个结点的值与寻找值相同，就返回该结点；那么找不到的话就返回为空；

BTNode* BTFind(BTNode* root, int x)
{
  //终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	if (root->val == x)
	{
		return root;
	}
//不符合条件时，
	BTNode* ret = NULL;
	ret = BTFind(root->left, x);
	if (ret)
		return ret;

	ret = BTFind(root->right, x);
	if (ret)
		return ret;

	return NULL;
}

对于一个符合条件想要返回的结点，我们要将它返回到第一个结点处，让最终返回的结点始终是它，那么我们就需要在递归函数返回时，对于每个结点都要判断是否符合条件，用一个常变量来暂时存储，然后只要符合条件就会进行返回该结点，不符合的话则会返回空，（这里的先后顺序很重要，符合条件的结点是最重要的，所以最后的返回结点是空，而在返回空结点前面的是返回正确的结点。

验证：

BTNode* x = BTFind(node1, 3);
	printf("%d", x->val);
	printf("\n");

答案：3

二叉树的层遍历

层遍历，顾名思义就是每一层从左向右依次遍历，那么这样的话用递归的方式就失效了；这里采用队列（先进先出）的方式来实现遍历。

void BTDestory(BTNode* root)
{
	//终止条件
	if (root == NULL)
	{
		return;
	}

	BTDestory(root->left);
	BTDestory(root->right);
	free(root);

}

void LevelOrder(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		return ;
	}
	Quene Q;
	QueneInit(&Q);
	QuenePush(&Q, root);

	while (!QueneEmpty(&Q))
	{
		BTNode* front = QueneFront(&Q);
		printf("%d ", front->val);

		if (front->left)
			QuenePush(&Q, front->left);
		if (front->right)
			QuenePush(&Q, front->right);

		QuenePop(&Q);
	}
	QueneDestory(&Q);
	
	printf("\n");
}

这里先将根节点放入队列中，然后在循环中，每次循环将队头的取出读取，同时将队头的结点的左右孩子结点带进到队列里，利用这种方式，循环到队列为空时，就能完成层的遍历方式。

验证：

LevelOrder(node1);

判断是否为完全二叉树

int PerfectTree(BTNode* root)
{
	Quene Q;
	QueneInit(&Q);

	if (root) 
		QuenePush(&Q, root);
		
	
	
	while (!QueneEmpty(&Q))
	{
		BTNode* front = QueneFront(&Q);
		if (front == NULL)
		{
			break;
		}
		QuenePush(&Q, front->left);
		QuenePush(&Q, front->right); 
		QuenePop(&Q);
	}

	while (!QueneEmpty(&Q))
	{
		BTNode* Frt = QueneFront(&Q);
		QuenePop(&Q);
		if (Frt != NULL)
		{
			QueneDestory(&Q);
			return 0;
		}
	}

	QueneDestory(&Q);
	return 1;
}

完全二叉树的概念是从上到下除了最后一层其他层都会布满结点，最后一层会从左开始布置结点，可以不布满。那么，我们可以利用层遍历的逻辑，来进行判断是否为完全二叉树。

在第一次循环中，只要遇到空结点，就停下来，如果此时队列不为空，那么就表示该树不是完全二叉树，反之。

验证：

k = PerfectTree(node1);
	printf("%d", k);