二叉树详解(深度优先遍历、前序，中序，后序、广度优先遍历、二叉树所有节点的个数、叶节点的个数)

树是一种非线性的数据结构，它是由n（n>=0）个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它
叫做树是因为它看起来像一棵倒挂的树，也就是说它是根朝上，而叶朝下的。
有一个特殊的结点，称为根结点，根节点没有前驱结点除根节点外，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)又是一棵结构与树类似的子树。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，因此，树是递归定义的。

节点的度：一个节点含有的子树的个数称为该节点的度；如下图：A的为6
叶节点或终端节点：度为0的节点称为叶节点；如上图：B、C、H、I...等节点为叶节点
非终端节点或分支节点：度不为0的节点；如上图：D、E、F、G...等节点为分支节点
双亲节点或父节点：若一个节点含有子节点，则这个节点称为其子节点的父节点；如上图：A是B 的父节点
孩子节点或子节点：一个节点含有的子树的根节点称为该节点的子节点；如上图：B是A的孩子节点
兄弟节点：具有相同父节点的节点互称为兄弟节点；如上图：B、C是兄弟节点
树的度：一棵树中，最大的节点的度称为树的度；如上图：树的度为6
节点的层次：从根开始定义起，根为第1层，根的子节点为第2层，以此类推；
树的高度或深度：树中节点的最大层次；如上图：树的高度为4

关于树的高度，还有一种看法，就是把高度从0开始看，此时树的高度为3。

节点的祖先：从根到该节点所经分支上的所有节点；如上图：A是所有节点的祖先
子孙：以某节点为根的子树中任一节点都称为该节点的子孙。如上图：所有节点都是A的子孙
森林：由m（m>0）棵互不相交的多颗树的集合称为森林；（数据结构中的学习并查集本质就是一个森林）

1.2树的表示

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。

typedef int DataType;

struct Node

{

struct Node* _firstChild1; // 第一个孩子结点

struct Node* _pNextBrother; // 指向其下一个兄弟结点

DataType _data; // 结点中的数据域

};

另一种方式：顺序表存孩子的指针（不推荐使用）

struct TreeNode

{

int data;

vector<struct TreeNode*> childs;

}

还有一种表示方式，双亲表示法:

双亲表示法采用顺序表（数组）存储普通树，其实现的核心思想是：顺序存储各个节点的同时，给各节点附加一个记录其父节点位置的变量

#define MAX_SIZE 100 // 宏定义树中结点的最大数量

typedef struct Snode{

char data;

int parent;

} PTNode;

typedef struct{

PTNode tnode[MAX_SIZE]; // 存放树中所有结点

int n; // 结点数

} PTree;

1.3树在实际中的运用（表示文件系统的目录树结构）

二、二叉树概念及结构

2.1概念

一棵二叉树是结点的一个有限集合，该集合或者为空，或者是由一个根节点加上两棵别称为左子

树和右子树的二叉树组成。

二叉树的特点：

每个结点最多有两棵子树，即二叉树不存在度大于2的结点。

二叉树的子树有左右之分，其子树的次序不能颠倒。

2.2现实中的二叉树：

2.3数据结构中的二叉树：

2.4特殊的二叉树：

满二叉树：一个二叉树，如果每一个层的结点数都达到最大值，则这个二叉树就是满二叉

树。也就是说，如果一个二叉树的层数为K，且结点总数是(2^k) -1 ，则它就是满二叉树。

完全二叉树：完全二叉树是效率很高的数据结构，完全二叉树是由满二叉树而引出来的。对

于深度为K的，有n个结点的二叉树，当且仅当其每一个结点都与深度为K的满二叉树中编号

从1至n的结点一一对应时称之为完全二叉树。要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉

树。

2.5 二叉树的存储结构

二叉树一般可以使用两种结构存储，一种顺序结构，一种链式结构。
二叉树的性质

若规定根节点的层数为1，则一棵非空二叉树的第i层上最多有2^(i-1) 个结点.
若规定根节点的层数为1，则深度为h的二叉树的最大结点数是2^h- 1.
对任何一棵二叉树, 如果度为0其叶结点个数为 n0, 度为2的分支结点个数为 n2,则有n0＝n2
＋1
若规定根节点的层数为1，具有n个结点的满二叉树的深度，h=logN + 1

2.51 顺序存储：

顺序结构存储就是使用数组来存储，一般使用数组只适合表示完全二叉树，因为不是完全二叉树

会有空间的浪费。而现实中使用中只有堆才会使用数组来存储，关于堆我们后面的章节会专门讲

解。二叉树顺序存储在物理上是一个数组，在逻辑上是一颗二叉树。

2.5.2 链式存储：

二叉树的链式存储结构是指，用链表来表示一棵二叉树，即用链来指示元素的逻辑关系。通常的

方法是链表中每个结点由三个域组成，数据域和左右指针域，左右指针分别用来给出该结点左孩

子和右孩子所在的链结点的存储地址。链式结构又分为二叉链和三叉链，当前我们学习中一般都

是二叉链，后面课程学到高阶数据结构如红黑树等会用到三叉链。

三、二叉树性质相关选择题练习

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

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

3.一棵完全二叉树的节点数位为531个，那么这棵树的高度为（）

A 11

B 10

C 8

D 12

四、二叉树的实现

4.1头文件：

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>



typedef int BTDataType;

typedef struct BinaryTreeNode
{
	struct BinaryTreeNode* left;
	struct BinaryTreeNode* right;
	BTDataType data;
}BTNode;

4.2Test.c

int main()
{
	BTNode* A = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	A->data = 'A';
	A->left = NULL;
	A->right = NULL;

	BTNode* B = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	B->data = 'B';
	B->left = NULL;
	B->right = NULL;

	BTNode* C = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	C->data = 'C';
	C->left = NULL;
	C->right = NULL;

	BTNode* D = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	D->data = 'D';
	D->left = NULL;
	D->right = NULL;

	BTNode* E = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	E->data = 'E';
	E->left = NULL;
	E->right = NULL;

	A->left = B;
	A->right = C;
	B->left = D;
	B->right = E;

	return 0;
}

4.3前序，中序，后序(深度优先遍历)

void PrevOrder(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		printf("NULL ");
		return;
	}
	printf("%c ", root->data);
	PrevOrder(root->left);
	PrevOrder(root->right);
}

void InOrder(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		printf("NULL ");
		return;
	}
	InOrder(root->left);
	printf("%c ", root->data);
	InOrder(root->right);
}


void PostOrder(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		printf("NULL ");
		return;
	}
	PostOrder(root->left);
	PostOrder(root->right);

	printf("%c ", root->data);
	
}

4.4二叉树所有节点的个数

//方法一:定义全局变量(不推荐)
int size = 0;
void TreeSize(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		return;
	}
	else {
		++size;
	}

	TreeSize(root->left);
	TreeSize(root->right);
	return size;
}

方法二:传址调用

int TreeSize(BTNode* root,int* psize)
{
    if (root == NULL)
    {
        return;
    }
    else {
        ++(*psize);
    }

    TreeSize(root->left, psize);
    TreeSize(root->right, psize);
    return psize;
}

方法三:递归、分治思想:

否则，返回左子树节点数 + 右子树节点数 + 1（当前节点）

int TreeSize(BTNode* root)
{
    // 如果树为空（即根节点为NULL），则返回0  
    // 否则，返回左子树节点数 + 右子树节点数 + 1（当前节点）
    return root == NULL ? 0 : TreeSize(root->left) + TreeSize(root->right) + 1;
}

4.5叶节点的个数

int LeafSize(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
		return 0;

	if (root->left == NULL && root->right == NULL)
		return 1;

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

}

4.6层序遍历(广度优先遍历，使用队列)

void LevelOrder(BTNode* root)
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	if (root)
	{
		QueuePush(&q, root);
	}
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		BTNode* front = QueueFront(&q);
		QueuePop(&q);
		printf("%c ", front->data);

		if (front->left)
		{
			QueuePush(&q, front->left);
		}
		if (front->right)
		{
			QueuePush(&q, front->right);
		}
	}

	QueueDestory(&q);
}

新年第一篇！！！

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