数据结构(四)—— 堆和二叉树(上)

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前言

这篇博客我们将进行更加复杂的一种数据结构的学习------树形结构。


一、树的概念及结构

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,因为它的形状看起来像一颗倒挂的数,也就是说它是根朝上,而叶子朝下的。

  • 有一个特殊的结点,称为根节点,根节点没有前驱节点。
  • 除根节点外,其余节点被分为M(M>0)个互不相交的集合T1,T2,......Tn。其中每一个集合Ti(1<=i<=n)又是一颗结构与树类似的子树。
  • 因此,树是递归定义的

注意:树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构。

树中的基本概念:

  1. 节点的度:一个节点含有的子树的个数称为该节点的度。如上图 根节点的度为3
  2. 叶结点或终端结点:度为0的节点称为叶结点,如上图5节点为叶结点。(没有孩子的节点)
  3. 非终端结点或分支节点:度不为0的结点,如上图2,3,4节点。
  4. 双亲节点或父节点:若一个节点含有子节点,那么这个节点称为其子节点的父节点,如上图2是5的父节点
  5. 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,如上图中5是2的子节点
  6. 兄弟节点:具有相同父节点的节点互称为兄弟节点,如上图2,3,4互为兄弟节点
  7. 树的度:一棵树中,最大的节点的度称为节点的度,如上图,树的度为3
  8. 节点的层次:从根开始定义起,根为第一层,根的子节点为第二层,依此类推
  9. 树的高度或深度:树中节点的最大层次,如上图,树的高度为3
  10. 堂兄弟节点:双亲在同一层的节点互为堂兄弟节点
  11. 节点的祖先:从根到该节点所经分支上的所有节点,如上图1是所有节点的祖先
  12. 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1的子孙
  13. 森林:由m(m>0)棵互不相交的树组成的集合叫做森林

树型结构的表示:

1.顺序表表示法

**假设已知一棵树的度为N,则每个节点中可以定义一个N个元素的指针数组,数组中的每一个指针都指向这个节点的孩子。但是只是这样的结构会导致很大的空间浪费,有很多节点的孩子是没有N个的,可能都没有孩子节点。**所以我们类似顺序表定义一个size和ccapacity来记录当前节点的孩子节点的个数不够的话就要扩容。

cpp 复制代码
struct TreeNode
{
	int val;
	//顺序表
	struct TreeNode** a;
	int size;
	int capacity;
};

但是这种表示方法并不常用。

2.左孩子右兄弟表示法

树的结构如下:

cpp 复制代码
//左孩子右兄弟
struct TreeNode
{
	int val;
	struct TreeNodde* leftChild;
	struct TreeNodde* nextBrother;

};

不管有多少兄弟节点,都只记录它的第一个孩子节点。没有孩子或兄弟就指向NULL。

这样就可以讲这棵树的所有节点都遍历一遍。

这种表示方法,避免了空间的浪费,不管有多少孩子 ,都只需要记录两个指针即可。

3.双亲表示法(只适用于完全二叉树)

这种表示方法是将树存放在一个数组中,每个节点保存一份数据和它的双亲节点在数组中的下标。

如上图那棵树以双亲表示法表示的图例:

这也体现了逻辑结构和物理结构不一定是一致的。 当然,根节点也不一定存在下标为0处。

二、二叉树的概念及结构

1.概念

二叉树:每个节点最多有两个孩子节点的树。

注:空树也是二叉树!!!

1.二叉树不存在度大于2的节点。

2.二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒,因此二叉树是有序树。

特殊的二叉树:

满二叉树:一个二叉树,如果每一个节点的度都达到最大值,那么它就是满二叉树,也就是说,假设一颗满二叉树的层数为K,那么它的总节点数为2^k-1.

完全二叉树:完全二叉树是效率很高的数据结构,完全二叉树的概念是由满二叉树引出的,对于深度为K的,有n个节点的二叉树,当且仅当其每一个节点都与深度为K的满二叉树中编号为1~n的节点一一对应时称之为完全二叉树,特别的,满二叉树是一种特殊的完全二叉树。

以上是两组经典的对比,可以帮助我们更好的理解它们的区别!

2.二叉树的存储结构

1.顺序存储(数组)(建议适用于完全二叉树)

一层一层挨个按顺序存储到数组中,物理结构上是数组,逻辑结构上是完全二叉树**。**

这样存储之后父节点和子节点之间的下标之间是建立了一种关系的:

leftchild=2*parent+1

rightchild=2*parent+2

parent=(child-1)/2

如果不是完全二叉树,则要把空位置在数组中空出来,这样才满足上述规律!!!

2.链式存储

结构:一个节点中存储两个节点(左右孩子)

cpp 复制代码
struct TreeNode
{
	int val;
	struct TreeNodde* leftChild;
	struct TreeNodde* rightChild;

};

总结

二叉树(上)介绍了树形结构中的一些概念和结构,下篇博客我们将来利用这些结构来实现二叉树

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