【数据结构】二叉树的基本操作

目录:

  • 二叉树的基本操作
    • [1. 二叉树的创建](#1. 二叉树的创建)
      • [1.1. 顺序存储](#1.1. 顺序存储)
    • [2. 二叉树的初始化](#2. 二叉树的初始化)
    • [3. 二叉树插入节点](#3. 二叉树插入节点)
    • [4. 二叉树的遍历](#4. 二叉树的遍历)
      • [4.1. 递归遍历](#4.1. 递归遍历)
      • [4.2. 层序遍历](#4.2. 层序遍历)
      • [4.3. 非递归遍历](#4.3. 非递归遍历)

二叉树的基本操作

1. 二叉树的创建

二叉树的存储方式哦同样有两种,一种是顺序存储,一种是链式存储。

1.1. 顺序存储

c 复制代码
#define MAXSIZE 100
struct TreeNode{
    int data;
    bool isEmpty;
}
TreeNode t[MAXSIZE];
```·
与其他数据结构类似,树的结构同样是先来一个结点,再来一个树的整体。
在树的结构体中,data表示数据域,用来存放树的节点的数据,isEmpty表示树的这个节点是否为空。

对树的节点声明以后,再创建一个以节点类型为数组元素类型的数组,这样树的结构就定义好了。

但由于顺序二叉树对于空间的浪费和查询的困难,顺序二叉树只适合于完全二叉树,所以我们一般使用链式二叉树。

### 链式存储

一个典型的存储结构如下

```c
typedef struct BTNode{
    int data;
    struct node *lchild;
    struct node *rchild;
}BTNode,*BTree;

该结构采用的是二叉树的左右链表示,即一个结构体中有三部分,一部分是二叉树节点本事的数据,其他两部分是指向二叉树下一个节点的指针,一个指向左子树,一个指向右子树。

其中data为数据域,left和right为指针域,分别指向左孩子和右孩子。

2. 二叉树的初始化

二叉树的初始化只需要创建一个二叉树,并让他等于NULL即可。

c 复制代码
void InitBTree(BTree *root)
{
    *root=NULL;
}

如果我们要对根节点进行初始化的话,可以采取以下的方式:

c 复制代码
root=(BTree)malloc(sizeof(BTNode));
root->lchild=NULL;
root->rchild-NULL;
root->data=2;

3. 二叉树插入节点

如果需要对一个二叉树插入一个节点,我们只需要申请内存然后赋值即可。

c 复制代码
BTNode *p=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));
p->data=2;
p->lchild=NULL;
p->rchild=NULL;
root->lchild=p;

4. 二叉树的遍历

二叉树的遍历有四种基本的方式,分别为先序遍历,中序遍历,后序遍历和层次遍历。其中每一种方式又有两种方式,分别为递归和非递归。

4.1. 递归遍历

递归遍历的方式比较简单,只需要按照先序遍历的顺序,依次递归遍历二叉树即可,并且不同遍历方式的代码相似。

c 复制代码
void firstTree(BTree BT)//先序遍历递归
{
    if(BT!=NULL){
        printf("%c",BT->data);
        displayTree(BT->left);
        displayTree(BT->right);
    }
    else
        printf("#");
}
void middleTree(BTree BT)//中序遍历递归
{
    if(BT!=NULL){
        displayTree(BT->left);
        printf("%c",BT->data);
        displayTree(BT->right);
    }
    else
        printf("#");
}
void lastTree(BTree BT)//后序遍历递归
{
    if(BT!=NULL){
        displayTree(BT->left);
        displayTree(BT->right);
        printf("%c",BT->data);
    }
    else
        printf("#");
}

4.2. 层序遍历

层序遍历的基本原理是借助队列的形式,当一个节点被读入以后,我们先将其压入队列末尾。接下来如果队列元素不空的话,我们就将队头的节点弹出,然后访问其值,并且将其左右子树压入队列末尾。以此类推循环往复,就达到了层序遍历的目的。

具体代码实现如下

c 复制代码
void levelOrder(BTree BT)
{
    LinkQuene Q;
    InitQuene(Q);
    BTree p;
    EnQuene(Q,BT);
    while(!isEmpty(Q))
    {
        DeQueneu(Q,p);
        visit(p);
        if(p->lchild!=NULL)
            EnQuene(Q,p->lchild);
        if(p->rchild!=NULL)
            EnQuene(Q,p->rchild);
    }
}

4.3. 非递归遍历

非递归遍历需要通过栈的操作来进行,

示例代码如下:

c 复制代码
//前序遍历
void firstTree(BTNode* root)
{
    if (root == NULL)
        return;
    BTNode* p = root;
    stack<BTNode*> s;  //创造一个栈,用来存放树节点
    while (!s.empty() || p!=NULL)
    {
        //如果p不为空的话,酒将p压入栈中,然后让p指向左子树
        while (p!=NULL)
        {
            printf("%c",p->data);
            s.push(p);
            p = p->lchild;
        }
        //当p为空时,说明根和左子树都遍历完了,该进入右子树了
        if (!s.empty())
        {
            p = s.top();
            s.pop();
            p = p->rchild;
        }
    }
}
c 复制代码
//中序遍历
void middleTree(BTNode* root)
{
    if (root == NULL)
        return;
    BTNode* p = root;
    stack<BTNode*> s;  //创造一个栈,用来存放树节点
    while (!s.empty() || p!=NULL)
    {
        //如果p不为空的话,酒将p压入栈中,然后让p指向左子树
        while (p!=NULL)
        {
            s.push(p);
            p = p->lchild;
        }
        //当p为空时,说明根和左子树都遍历完了,该进入右子树了
        if (!s.empty())
        {
            p = s.top();
            s.pop();
            printf("%c",p->data);
            p = p->rchild;
        }
    }
}

其中前序遍历和中序遍历的方式较为相似,只需要先建立一个栈,然后将访问到的节点存入栈中,节点一直向左指向,直到节点为空。

当节点为空时让指针指向栈顶元素并弹出,然后开始右子树的访问。

前序遍历和中序遍历的区别仅仅在于打印数据的时间不同。

而后序遍历则更加复杂一点

c 复制代码
//后序遍历
void PostOrderWithoutRecursion(BTNode* root)
{
    if (root == NULL)
        return;
    stack<BTNode*> s;
    BTNode *p=root;//p用来表示当前访问的节点
    BTNode *q=NULL;//q用来表示上一个访问的节点
    //先把p移动到左子树最下边
    while (p!=NULL)
    {
        s.push(P);
        p = p->lchild;
    }
    while (!s.empty())
    {
        //此时让p已经为空了,先从栈中提取一个元素赋给p
        p = s.top();//现在p的值就是最左下角的节点
        s.pop();
        if (p->rchild == NULL || p->rchild == q) //如果右子树为空或者刚访问过右子树
        {
            printf("%c",p->data);
            q = p;//每次输出值以后,修改上一次访问的节点
        }
        else if(p->lchild==q)//如果左子树已经访问过了
        {
            s.push(p);//让根结点入栈
            p = p->rchild; //进入右子树
            while (p!=NULL)
            {
                s.push(p);
                p = p->lchild;
            }
        }
    }
}

后序遍历需要两个指针,其中一个指针指向的是当前访问的元素,另一个指针指向的是上次访问过的元素。

这样是为了保证左右子树都访问过了以后在访问根节点:当我们访问过左子树以后,弹出根节点,然后需要判断右子树是否访问过或者右子树是否为空,如果是的话就访问根节点,否则就将右子树的根节点压入栈中,然后再访问右子树的根节点的左子树,直到右子树为空或者右子树被访问过,就返回去访问根节点弹栈。

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