NOI大纲——普及组——二叉搜索树

二叉搜索树

二叉搜索树（Binary Search Tree，简称BST）是一种特殊的二叉树，它具有以下几个特点：

1. 节点的左子树上的所有节点的值都小于或等于该节点的值。
2. 节点的右子树上的所有节点的值都大于或等于该节点的值。
3. 每个节点的左右子树也都是二叉搜索树。

这些特点使得二叉搜索树在进行搜索、插入和删除操作时非常高效。具体来说，在平均情况下，这些操作的时间复杂度都是 (O(\log n))，其中 (n) 是树中的节点数。

二叉搜索树的基本操作

1. 搜索（Search）：

   • 从根节点开始，比较目标值与当前节点的值：

     • 如果目标值等于当前节点的值，则搜索成功；

     • 如果目标值小于当前节点的值，则在左子树中继续搜索；

     • 如果目标值大于当前节点的值，则在右子树中继续搜索。

2. 插入（Insert）：

   • 从根节点开始，找到目标值应该插入的位置，保持二叉搜索树的性质。
   • 如果目标值小于当前节点的值，则插入到左子树中；
   • 如果目标值大于当前节点的值，则插入到右子树中。

3. 删除（Delete）：

   • 删除操作稍微复杂一些，分为三种情况：
     1. 要删除的节点是叶子节点（没有子节点），直接删除即可。
     2. 要删除的节点有一个子节点，用该子节点替代要删除的节点。
     3. 要删除的节点有两个子节点，需要找到该节点的中序后继（右子树中最小的节点）或中序前驱（左子树中最大的节点），用这个节点的值替换要删除的节点的值，然后删除这个节点。

示例

假设我们有以下一组数据：[5, 3, 8, 2, 4, 7, 9]，构建的二叉搜索树如下：

      5
     / \
    3   8
   / \ / \
  2  4 7  9

• 搜索 4：从根节点 5 开始，4 < 5，往左走；到达 3 节点，4 > 3，往右走；到达 4 节点，找到目标值。
• 插入 6：从根节点 5 开始，6 > 5，往右走；到达 8 节点，6 < 8，往左走；到达 7 节点，6 < 7，往左走，插入 6 节点。
• 删除 3：节点 3 有两个子节点，找到 4（中序后继）替换 3，然后删除节点 4。

二叉搜索树因其高效的操作性能，在许多应用中被广泛使用，如数据库索引和内存中的数据结构。