【数据结构】树与二叉树(二):树的表示C语言:树形表示法、嵌套集合表示法、嵌套括号表示法 、凹入表示法

文章目录

5.1 树的基本概念

5.1.1 树的定义

  • 一棵树是结点的有限集合T:
    • 若T非空,则:
      • 有一个特别标出的结点,称作该树的,记为root(T);
      • 其余结点分成若干个不相交的非空集合T1, T2, ..., Tm (m>0),其中T1, T2, ..., Tm又都是树,称作root(T)的子树
    • T 空时为空树,记作root(T)=NULL。

5.1.2 森林的定义

一个森林是0棵或多棵不相交(非空)树的集合,通常是一个有序的集合。换句话说,森林由多个树组成,这些树之间没有交集,且可以按照一定的次序排列。在森林中,每棵树都是独立的,具有根节点和子树,树与树之间没有直接的连接关系。

森林是树的扩展概念,它是由多个树组成的集合。在计算机科学中,森林也被广泛应用于数据结构和算法设计中,特别是在图论和网络分析等领域。

5.1.3 树的术语

  • 父亲(parent)、儿子(child)、兄弟(sibling)、后裔(descendant)、祖先(ancestor)
  • 度(degree)、叶子节点(leaf node)、分支节点(internal node)
  • 结点的层数
  • 路径、路径长度、结点的深度、树的深度

参照前文:【数据结构】树与二叉树(一):树(森林)的基本概念:父亲、儿子、兄弟、后裔、祖先、度、叶子结点、分支结点、结点的层数、路径、路径长度、结点的深度、树的深度

5.1.4 树的表示

1.树形表示法

树形表示法是一种图形化的表示方法,使用节点和边来表示树的结构。每个节点代表树中的一个元素,而边表示节点之间的关系。这种表示方法可以直观地展示树的层次结构和节点之间的连接关系。

2.嵌套集合表示法

嵌套集合表示法使用集合的嵌套结构来表示树:每个集合代表一个节点,而集合中的元素表示该节点的子节点。通过嵌套的方式,可以表示出树的层次结构。

python 复制代码
tree = {
    'value': 'A',
    'children': [
        {
            'value': 'B',
            'children': []
        },
        {
            'value': 'C',
            'children': [
                {
                    'value': 'D',
                    'children': []
                }
            ]
        }
    ]
}
结构体
c 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct TreeNode {
    int value;
    struct TreeNode** children;
    int numChildren;
};
创建树
c 复制代码
struct TreeNode* createTreeNode(int value, int numChildren) {
    struct TreeNode* node = (struct TreeNode*)malloc(sizeof(struct TreeNode));
    node->value = value;
    node->numChildren = numChildren;
    node->children = (struct TreeNode**)malloc(numChildren * sizeof(struct TreeNode*));
    for (int i = 0; i < numChildren; i++) {
        node->children[i] = NULL;
    }
    return node;
}
主函数
c 复制代码
int main() {
    struct TreeNode* root = createTreeNode(1, 2);
    struct TreeNode* node1 = createTreeNode(2, 0);
    struct TreeNode* node2 = createTreeNode(3, 1);
    struct TreeNode* node3 = createTreeNode(4, 0);

    root->children[0] = node1;
    root->children[1] = node2;
    node2->children[0] = node3;

    // 其他操作...

    return 0;
}

3.嵌套括号表示法

嵌套括号表示法使用括号来表示树的结构:每对括号代表一个节点,而括号内的内容表示该节点的子节点。通过嵌套括号的方式,可以清晰地表示树的层次结构和节点之间的关系。

python 复制代码
tree_str = '((A (B C)) D)'
结构体
c 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct TreeNode {
    int value;
    struct TreeNode* left;
    struct TreeNode* right;
};
创建树
c 复制代码
struct TreeNode* createTreeNode(int value) {
    struct TreeNode* node = (struct TreeNode*)malloc(sizeof(struct TreeNode));
    node->value = value;
    node->left = NULL;
    node->right = NULL;
    return node;
}
嵌套括号表示法
c 复制代码
// 根据嵌套括号表示法构建树
struct TreeNode* buildTreeFromParenthesis(char* treeStr, int* index) {
    struct TreeNode* node = NULL;
    int value = 0;
    int sign = 1;

    while (treeStr[*index] != '\0') {
        char c = treeStr[*index];
        (*index)++;

        if (c == '(') {
            if (node == NULL) {
                node = (struct TreeNode*)malloc(sizeof(struct TreeNode));
                node->left = NULL;
                node->right = NULL;
            }
            node->left = buildTreeFromParenthesis(treeStr, index);
        } else if (c == ')') {
            return node;
        } else if (c == '-') {
            sign = -1;
        } else if (c >= '0' && c <= '9') {
            value = value * 10 + (c - '0');
        } else if (c == ' ') {
            value *= sign;
            node->value = value;
            value = 0;
            sign = 1;
        }
    }

    return node;
}
主函数
c 复制代码
int main() {
    char* treeStr = "(1 (2 (4) (5)) (3 (6)))";
    int index = 0;

    struct TreeNode* root = buildTreeFromParenthesis(treeStr, &index);

    // 其他操作...

    return 0;
}

4.凹入表示法

凹入表示法使用缩进来表示树的结构:每个节点都在上一级节点的下方,并且比上一级节点缩进一定的距离。通过缩进的方式,可以清晰地展示树的层次结构和节点之间的嵌套关系。

结构体
c 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct TreeNode {
    int value;
    struct TreeNode* firstChild;
    struct TreeNode* nextSibling;
};
创建树
c 复制代码
struct TreeNode* createTreeNode(int value) {
    struct TreeNode* node = (struct TreeNode*)malloc(sizeof(struct TreeNode));
    node->value = value;
    node->firstChild = NULL;
    node->nextSibling = NULL;
    return node;
}
凹入表示法
c 复制代码
struct TreeNode* buildTreeFromIndented(char* treeStr, int* index, int level) {
    struct TreeNode* node = NULL;

    while (treeStr[*index] != '\0') {
        char c = treeStr[*index];
        (*index)++;

        if (c == '\n') {
            continue;
        }

        if (c == ' ') {
            continue;
        }

        if (c == '-') {
            level++;
            continue;
        }

        int value = c - '0';

        if (node == NULL) {
            node = createTreeNode(value);
        } else {
            struct TreeNode* child = createTreeNode(value);

            if (node->firstChild == NULL) {
                node->firstChild = child;
            } else {
                struct TreeNode* sibling = node->firstChild;

                while (sibling->nextSibling != NULL) {
                    sibling = sibling->nextSibling;
                }

                sibling->nextSibling = child;
            }
        }

        int nextChar = treeStr[*index];

        if (nextChar == '\n') {
            level--;
        } else if (nextChar == '-') {
            continue;
        } else {
            break;
        }
    }

    return node;
}
主函数
c 复制代码
int main() {
    char* treeStr = "1\n-2\n--4\n--5\n-3\n--6\n";
    int index = 0;

    struct TreeNode* root = buildTreeFromIndented(treeStr, &index, 0);

    // 其他操作...

    return 0;
}
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