【C++】树和二叉树的实现(上)

本篇博客给大家带来的是用C++语言来实现数据结构树和二叉树的实现!

🐟🐟文章专栏:数据结构

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一、树

大家都见过树,那么数据结构的树你们可以想象成叶子全被撸光了,叶子的枝干在下面,根在上面。

如图:

在树中子树和子树不能有交集,什么是子树呢?上图是完整的树,子树是它的一个分枝,如下图:

这里有些专业术语需要大家知道(大家可以把树想象成家谱):

根结点:就是上图的A。

父结点/双亲结点:A是B和C的父结点,B是D和E的父结点,以此类推。

结点的度:一个结点有多少孩子度就有多少,例如:A的孩子(不包括它的孙子)有两个,度就是2。

树的度:在同一个父结点的情况下,孩子最多的,则孩子的多少就是树的度,例如:A的孩子有2个则树的度为2。

子结点/孩子结点:B是A的孩子则B就是子结点。

叶子结点/终端结点:没有孩子的就是叶子结点,如:D,E,F。

分支结点/非终端结点:有孩子的就是分支结点,如:A。

兄弟结点:同一个父结点的就是兄弟结点,如:B和C。

结点的层次:A为第一层,BC为第二层,以此类推。

树的高度/深度:就是树一共有多少层,如:上面的树一共有3层。

结点的祖先:A是所有结点的祖先,则A就是B、C、D等结点的祖先。

路径:从任意结点开始到目标结点的路程就是路径,如:A到E的路径:A->B->E。

森林:由一颗颗树组成的就是森林。

子孙:同一个父结点的结点,这结点就是父结点的子孙。

二、二叉树

1、二叉树

二叉树是树的一种,一棵树有许多分支,而二叉树只有两个分支,如图:

二叉树的特点:二叉树每个结点的度不能大于2,二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒,所有二叉树是有序树。

2、满二叉树

满二叉树顾名思义就是子孙满堂了,即:每个结点都有两个孩子。如图:

这里也给大家看一下非满二叉树,如图:

满二叉树的特点:假设有一棵二叉树的层数为K,并且结点的总数是2^K-1, 那么这棵树二叉树就是满二叉树。

3、完全二叉树

完全二叉树:除了最后一层可能子孙不全,其他层的结点子孙满堂,那么这棵二叉树就是完全二叉树。如图:

这里得出一个结论:满二叉树一定是完全二叉树,完全二叉树不一定是满二叉树。

4、二叉树性质

根据满二叉树的特点可知:

①若规定根结点的层数为1,则一棵非空二叉树的第i层上最大有2^(i-1)结点。

②若规定根结点的层数为1,则深度为h的二叉树的最大结点数为2^h-1。

③若规定根结点的层数为1,具有n个结点的满二叉树的深度为h=log2^(n+2)。

5、二叉树的存储结构

二叉树一般使用两种结构来存储,一种为顺序结构,一种为链式结构。

5.1、顺序结构

顺序结构的存储是用数组来存储的,数组一般只适合来存储完全二叉树,因为不是完成二叉树会有空间的浪费。

现实生活我们把堆(一种二叉树)使用顺序结构的的数组来存储,这里的堆不是操作系统虚拟进程地址空间中的堆是两回事,一个是数据结构,另一个是操作系统中管理内存的一块区域分段。

5.2、链式结构

我们用链表来表示一棵二叉树,我们创建右孩子(右边的指针的指向)和左孩子(左边指针的指向)还有自身的存储的数据,这样通过一个个链表来构建一颗二叉树。

5.3、堆

堆:一种把所有的数据按照完全二叉树的顺序存储方式存储,堆分为大堆和小堆,大堆是父结点大于孩子结点且根结点为所有结点的最大值,小堆是父结点小于孩子结点且根结点为所有结点的最小值。如图:

堆的性质:堆中某个结点的值总是不大于或不小于父结点的值,堆总是一颗完全二叉树。

这里有些二叉树的性质:

i 表示某个位置(序号)的结点。

i 位置的父结点序号 = (i - 1) / 2;如果 i = 0,i为根结点没有父结点。

i 位置的左孩子的序号 = 2i+1,如果 2 i + 1 >= n则没有左孩子。

i 位置的右孩子的序号 = 2i+2,如果 2 i + 2 >= n则没有右孩子。

5.4、堆的实现

堆的底层为数组,那么堆的结构为:

cpp 复制代码
//Heap.h
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//堆的结构
typedef int HPDataType;
typedef struct Heap
{
	HPDataType* arr;
	int size;//有效数据个数
	int capacity;//空间大小
}HP;

由于时间关系实现二叉树的方法在下篇。

完!!

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