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【数据结构】树的介绍

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  • 一、树
  • 二、二叉树
    • [2.1 概念与结构](#2.1 概念与结构)
    • [2.2 特殊的二叉树](#2.2 特殊的二叉树)
      • [2.2.1 满二叉树](#2.2.1 满二叉树)
      • [2.2.2 完全二叉树](#2.2.2 完全二叉树)

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一、树

1.1什么是树?

这是我们生活中常见的树:

(以上图片来自网络,如若侵权联系自删)

生活中许多东西都可以抽象成为一棵树,例如一本书的目录:

它们都像自然界中的树一样,从衍生出许多枝干,再由枝干衍生出许多更小的枝干,最终衍生出了许多叶子

1.2 树的概念与结构

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,根结点没有前驱结点
  • 根结点 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。

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。

非树形结构:

关于树:

  • 子树是不相交的(如果存在相交就是图了);
  • 除了根结点外,每个结点有且仅有⼀个父结点
  • ⼀棵N个结点的树有N-1条边!

1.3树的相关术语


父结点/双亲结点 :若⼀个结点含有子结点,则这个结点称为其子结点的父结点;如上图:A是B的父结点
子结点/孩子结点 :⼀个结点含有的子树的根结点称为该结点的子结点; 如上图:B是A的孩子结点。
结点的度 :⼀个结点有几个孩子,它的度就是多少;比如A的度为6,F的度为2,K的度为0
树的度 :⼀棵树中,最大的结点的度称为树的度; 如上图:树的度为 6
叶子结点/终端结点 :度为 0 的结点称为叶结点; 如上图:B、C、H、I...等结点为叶结点。
分支结点/非终端结点 :度不为0的结点; 如上图:D、E、F、G...等结点为分支结点。
兄弟结点 :具有相同父结点的结点互称为兄弟结点(亲兄弟); 如上图:B、C 是兄弟结点
结点的层次 :从根开始定义起,根为第 1 层,根的子结点为第 2 层,以此类推;
树的高度或深度 :树中结点的最大层次; 如上图:树的高度为 4。
结点的祖先 :从根到该结点所经分支上的所有结点;如上图: A 是所有结点的祖先。
路径 :⼀条从树中任意节点出发,沿父节点-子节点连接,达到任意节点的序列;比如A到Q的路径为:A-E-J-Q;H到Q的路径H-D-A-E-J-Q
子孙 :以某结点为根的子树中任⼀结点都称为该结点的子孙。如上图:所有结点都是A的子孙
森林 :由 m(m>0) 棵互不相交的树的集合称为森林;

1.4 树形结构实际运用场景

文件系统 是计算机存储和管理文件的⼀种方式,它利用树形结构来组织和管理文件和文件夹 。在文件系统中,树结构 被⼴泛应⽤,它通过父结点子结点 之间的关系来表示不同层级的文件文件夹 之间的关联。

二、二叉树

2.1 概念与结构

在树形结构中,我们最常用的就是二叉树⼀棵二叉树是结点的⼀个有限集合 ,该集合由⼀个根结点加上两棵别称为左子树和右子树的二叉树组成,或者为空。
从上图可以看出二叉树具备以下特点:

  • 二叉树不存在度大于 2 的结点。
  • 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**。

注意 :对于任意的二叉树都是由以下几种情况复合而成的:

自然界的二叉树

(以上图片来自网络,如若侵权联系自删)

2.2 特殊的二叉树

2.2.1 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 2k − 1,则它就是满二叉树

2.2.2 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 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。


注意 :这里如果JE右孩子树,那就不是一一对应的关系了,那这棵树就不是完全二叉树。

特点

  • 除了最后一层,每层结点个数达到最大。
  • 最后一层结点个数不一定达到最大。
  • 结点从左到右依次排列。

二叉树的性质:

  • 若规定根结点的层数为 1 ,则⼀棵非空二叉树的第i层上最多有 2i−1 个结点。
  • 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是 2h − 1。
  • 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 h = log(2) (n + 1) 。( log以2为底, n+1 为对数)。

总结:
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