树与二叉树--二叉树的定义及其主要特性

一、二叉树的定义

二叉树是n(n≥0)个结点的有限集合,满足:

  1. 当 n=0 时,称为空二叉树。

  2. 非空时:

  • 有且仅有一个根结点;

  • 根结点的子结点分为左子树和右子树;

  • 左右子树次序不能颠倒,因此二叉树是有序树。

简单理解:

  • 每个结点最多两个孩子(0、1 或 2 个)

  • 左孩子≠右孩子,交换后就是两棵不同的树


二、二叉树的五种基本形态

  1. 空二叉树

  2. 只有根结点

  3. 根 + 左子树

  4. 根 + 右子树

  5. 根 + 左子树 + 右子树


三、二叉树的四个重要特性

特性 1

二叉树第 i 层上至多有2^(i−1) 个结点

(i ≥ 1,根为第 1 层)

特性 2

深度(高度)为 k的二叉树,最多有2^k − 1 个结点

(这就是满二叉树)

特性 3(最重要公式)

对任意一棵二叉树,若:

  • n₀:叶子结点数(度为 0)

  • n₁:度为 1 的结点数

  • n₂:度为 2 的结点数

则恒成立:

> n₀ = n₂ + 1

推导:

  1. 总结点数 n = n₀ + n₁ + n₂

  2. 总边数 = 总度数 = n₁ + 2n₂

  3. 树中:n = 总边数 + 1

联立得:n₀ = n₂ + 1

特性 4

具有 n 个结点的完全二叉树**的高度为:

> h = log₂n + 1

或等价写成

> h = log₂(n+1)


四、两种特殊二叉树

  1. 满二叉树
  • 每一层结点数都达到最大值

  • 高度 k,结点总数 = 2^k − 1

  • 所有叶子都在最底层

  • 只有度为 0 和度为 2 的结点,没有度为 1 的结点

  1. 完全二叉树
  • 除最后一层外,其他层都"满"

  • 最后一层结点靠左连续排列

  • 最多只有一个度为 1 的结点,且只有左孩子

  • 适合顺序存储(数组)


五、完全二叉树的编号性质(层序编号从 1 开始)

对编号为 i 的结点:

  1. 父结点编号: i / 2

  2. 左孩子编号:2i

  3. 右孩子编号:2i + 1

  4. 若 i > 1,是左孩子则父结点为 i/2;是右孩子则父结点为 (i−1)/2


六、易混淆点

  1. 二叉树 ≠ 度为 2 的树
  • 二叉树严格区分左右

  • 二叉树可以只有左子树或只有右子树

  1. 空树是合法二叉树

  2. 只有一个孩子时,也要明确是左还是右

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