我们可以对”线性结构“改造一下,变为”一个节点最多有一个"前驱“和”多个后继“。哈哈,这就是我们今天说的”树“。
我们思维中的”树“就是一种枝繁叶茂的形象,那么数据结构中的”树“该是怎么样呢?对的,他是一种现实中倒立的树。
其实树中有很多术语的,这个是我们学习树形结构必须掌握的。
<1> 父节点,子节点,兄弟节点
这个就比较简单了,B和C的父节点就是A,反过来说就是B和C是A的子节点。B和C就是兄弟节点。
<2> 结点的度
其实”度“就是”分支数“,比如A的分支数有两个“B和C",那么A的度为2。
<3> 树的度
看似比较莫名其妙吧,他和”结点的度“的区别就是,树的度讲究大局观,乃树中最大的结点度,其实也就是2。
<4> 叶结点,分支结点
叶结点就是既没有左孩子也没有右孩子结点,也就是结点度为0。分支节点也就是if的else的条件咯。
<5> 结点的层数
这个很简单,也就是树有几层。
<6> 有序树,无序树
有序树我们先前也用过,比如“堆”和“二叉排序树”,说明这种树是按照一定的规则进行排序的,else条件就是无序树。
<7> 森林
现实中,很多的树形成了森林,那在数据结构中,我们把上图的“A”节点砍掉,那么B,C子树合一起就是森林咯。
树这个结构的表示其实有很多种,常用的也就是“括号”表示法。
比如上面的树就可以表示为:(A(B(D),(E)),(C(F),(G)))
在我们项目开发中,很多地方都会用到树,但是多叉树的处理还是比较纠结的,所以俺们本着“大事化小,小事化了“的原则
把”多叉树“转化为”二叉树“,那么问题就简化了很多。
第一点: 树的度没有限制,而“二叉树”最多只能有两个,不然也就不叫二叉树了,哈哈。
第二点:树中的子树没有左右划分,很简单啊,找不到参照点,二叉树就有参照物咯。
二叉树中有两种比较完美的类型,“完全二叉树”和“满二叉树”。
<1> 满二叉树
除叶子节点外,所有节点的度都为2,文章开头处的树就是这里的“满二叉树”。
<2> 完全二叉树
必须要满足两个条件就即可: 干掉最后一层,二叉树变为“满二叉树”。
最后一层的叶节点必须是“从左到右”依次排开。
我们干掉文章开头处的节点“F和”G",此时还是“完全二叉树”,但已经不是“满二叉树”了,你懂的。
二叉树中有5点性质非常重要,也是俺们必须要记住的。
<1> 二叉树中,第i层的节点最多有2(i-1)个。
<2> 深度为k的二叉树最多有2k-1个节点。
<3> 二叉树中,叶子节点树为N1个,度为2的节点有N2个,那么N1=N2+1。
<4> 具有N个结点的二叉树深度为(Log2 N)+1层。
<5> N个结点的完全二叉树如何用顺序存储,对于其中的一个结点i,存在以下关系,
2*i是结点i的父结点。
i/2是结点i的左孩子。
(i/2)+1是结点i的右孩子。
同样的存储方式也有两种,“顺序存储”和“链式存储”。
<1> 顺序存储
说实话,树的存储用顺序结构比较少,因为从性质定理中我们都可以看出只限定为“完全二叉树”,那么如果二叉树不是
“完全二叉树”,那我们就麻烦了,必须将其转化为“完全二叉树”,将空的节点可以用“#”代替,图中也可看出,为了维护
性质定理5的要求,我们牺牲了两个”资源“的空间。
<2> 链式存储
上面也说了,顺序存储会造成资源的浪费,所以嘛,我们开发中用的比较多的还是“链式存储”,同样“链式存储”
也非常的形象,非常的合理。
一个结点存放着一个“左指针”和一个“右指针”,这就是二叉链表。
如何方便的查找到该结点的父结点,可以采用三叉链表。
一般也就是“添加结点“,“查找节点”,“计算深度”,“遍历结点”,“清空结点”
- #region 二叉链表存储结构
- /// <summary>
- /// 二叉链表存储结构
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- public class ChainTree<T>
- {
- public T data;
- public ChainTree<T> left;
- public ChainTree<T> right;
- }
- #endregion
要添加结点,我们就要找到添加结点的父结点,并且根据指示插入到父结点中指定左结点或者右结点。
- #region 将指定节点插入到二叉树中
- /// <summary>
- /// 将指定节点插入到二叉树中
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <param name="node"></param>
- /// <param name="direction">插入做左是右</param>
- /// <returns></returns>
- public ChainTree<T> BinTreeAddNode<T>(ChainTree<T> tree, ChainTree<T> node, T data, Direction direction)
- {
- if (tree == null)
- return null;
- if (tree.data.Equals(data))
- {
- switch (direction)
- {
- case Direction.Left:
- if (tree.left != null)
- throw new Exception("树的左节点不为空,不能插入");
- else
- tree.left = node;
- break;
- case Direction.Right:
- if (tree.right != null)
- throw new Exception("树的右节点不为空,不能插入");
- else
- tree.right = node;
- break;
- }
- }
- BinTreeAddNode(tree.left, node, data, direction);
- BinTreeAddNode(tree.right, node, data, direction);
- return tree;
- }
- #endregion
二叉树中到处都散发着递归思想,很能锻炼一下我们对递归的认识,同样查找也是用到了递归思想。
- #region 在二叉树中查找指定的key
- /// <summary>
- ///在二叉树中查找指定的key
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <param name="data"></param>
- /// <returns></returns>
- public ChainTree<T> BinTreeFind<T>(ChainTree<T> tree, T data)
- {
- if (tree == null)
- return null;
- if (tree.data.Equals(data))
- return tree;
- return BinTreeFind(tree, data);
- }
- #endregion
这个问题纠结了我二个多小时,原因在于没有深刻的体会到递归,其实主要思想就是递归左子树和右子树,然后得出较大的一个。
- #region 获取二叉树的深度
- /// <summary>
- /// 获取二叉树的深度
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <returns></returns>
- public int BinTreeLen<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- int leftLength;
- int rightLength;
- if (tree == null)
- return 0;
- //递归左子树的深度
- leftLength = BinTreeLen(tree.left);
- //递归右子书的深度
- rightLength = BinTreeLen(tree.right);
- if (leftLength > rightLength)
- return leftLength + 1;
- else
- return rightLength + 1;
- }
- #endregion
二叉树中遍历节点的方法还是比较多的,有“先序”,“中序”,“后序”,“按层”,其实这些东西只可意会,不可言传,真的很难在口头
上说清楚,需要反复的体会递归思想。
先序:先访问根,然后递归访问左子树,最后递归右子树。(DLR模式)
中序:先递归访问左子树,在访问根,最后递归右子树。(LDR模式)
后序:先递归访问左子树,然后递归访问右子树,最后访问根。(LRD模式)
按层:这个比较简单,从上到下,从左到右的遍历节点。
- #region 二叉树的先序遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的先序遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_DLR<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //先输出根元素
- Console.Write(tree.data + "\t");
- //然后遍历左子树
- BinTree_DLR(tree.left);
- //最后遍历右子树
- BinTree_DLR(tree.right);
- }
- #endregion
- #region 二叉树的中序遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的中序遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_LDR<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //优先遍历左子树
- BinTree_LDR(tree.left);
- //然后输出节点
- Console.Write(tree.data + "\t");
- //最后遍历右子树
- BinTree_LDR(tree.right);
- }
- #endregion
- #region 二叉树的后序遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的后序遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_LRD<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //优先遍历左子树
- BinTree_LRD(tree.left);
- //然后遍历右子树
- BinTree_LRD(tree.right);
- //最后输出节点元素
- Console.Write(tree.data + "\t");
- }
- #endregion
- #region 二叉树的按层遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的按层遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_Level<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //申请保存空间
- ChainTree<T>[] treeList = new ChainTree<T>[Length];
- int head = 0;
- int tail = 0;
- //存放数组
- treeList[tail] = tree;
- //循环链中计算tail位置
- tail = (tail + 1) % Length;
- while (head != tail)
- {
- var tempNode = treeList[head];
- head = (head + 1) % Length;
- //输出节点
- Console.Write(tempNode.data + "\t");
- //如果左子树不为空,则将左子树存于数组的tail位置
- if (tempNode.left != null)
- {
- treeList[tail] = tempNode.left;
- tail = (tail + 1) % Length;
- }
- //如果右子树不为空,则将右子树存于数组的tail位置
- if (tempNode.right != null)
- {
- treeList[tail] = tempNode.right;
- tail = (tail + 1) % Length;
- }
- }
- }
- #endregion
虽然C#里面有GC,但是我们能自己释放的就不麻烦GC了,同样清空二叉树节点,我们用到了递归,说实话,这次练习让我喜欢
上的递归,虽然XXX的情况下,递归的不是很好,但是递归还是很强大的。
- #region 清空二叉树
- /// <summary>
- /// 清空二叉树
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTreeClear<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- //递的结束点,归的起始点
- if (tree == null)
- return;
- BinTreeClear(tree.left);
- BinTreeClear(tree.right);
- //在归的过程中,释放当前节点的数据空间
- tree = null;
- }
- #endregion
最后上一下总的代码
- using System;
- using System.Collections.Generic;
- using System.Linq;
- using System.Text;
- namespace ChainTree
- {
- public class Program
- {
- static void Main(string[] args)
- {
- ChainTreeManager manager = new ChainTreeManager();
- //插入节点操作
- ChainTree<string> tree = CreateRoot();
- //插入节点数据
- AddNode(tree);
- //先序遍历
- Console.WriteLine("\n先序结果为: \n");
- manager.BinTree_DLR(tree);
- //中序遍历
- Console.WriteLine("\n中序结果为: \n");
- manager.BinTree_LDR(tree);
- //后序遍历
- Console.WriteLine("\n后序结果为: \n");
- manager.BinTree_LRD(tree);
- //层次遍历
- Console.WriteLine("\n层次结果为: \n");
- manager.Length = 100;
- manager.BinTree_Level(tree);
- Console.WriteLine("\n树的深度为:" + manager.BinTreeLen(tree) + "\n");
- Console.ReadLine();
- }
- #region 生成根节点
- /// <summary>
- /// 生成根节点
- /// </summary>
- /// <returns></returns>
- static ChainTree<string> CreateRoot()
- {
- ChainTree<string> tree = new ChainTree<string>();
- Console.WriteLine("请输入根节点,方便我们生成树\n");
- tree.data = Console.ReadLine();
- Console.WriteLine("根节点生成已经生成\n");
- return tree;
- }
- #endregion
- #region 插入节点操作
- /// <summary>
- /// 插入节点操作
- /// </summary>
- /// <param name="tree"></param>
- static ChainTree<string> AddNode(ChainTree<string> tree)
- {
- ChainTreeManager mananger = new ChainTreeManager();
- while (true)
- {
- ChainTree<string> node = new ChainTree<string>();
- Console.WriteLine("请输入要插入节点的数据:\n");
- node.data = Console.ReadLine();
- Console.WriteLine("请输入要查找的父节点数据:\n");
- var parentData = Console.ReadLine();
- if (tree == null)
- {
- Console.WriteLine("未找到您输入的父节点,请重新输入。");
- continue;
- }
- Console.WriteLine("请确定要插入到父节点的:1 左侧,2 右侧");
- Direction direction = (Direction)Enum.Parse(typeof(Direction), Console.ReadLine());
- tree = mananger.BinTreeAddNode(tree, node, parentData, direction);
- Console.WriteLine("插入成功,是否继续? 1 继续, 2 退出");
- if (int.Parse(Console.ReadLine()) == 1)
- continue;
- else
- break;
- }
- return tree;
- }
- #endregion
- }
- #region 插入左节点或者右节点
- /// <summary>
- /// 插入左节点或者右节点
- /// </summary>
- public enum Direction { Left = 1, Right = 2 }
- #endregion
- #region 二叉链表存储结构
- /// <summary>
- /// 二叉链表存储结构
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- public class ChainTree<T>
- {
- public T data;
- public ChainTree<T> left;
- public ChainTree<T> right;
- }
- #endregion
- /// <summary>
- /// 二叉树的操作帮助类
- /// </summary>
- public class ChainTreeManager
- {
- #region 按层遍历的Length空间存储
- /// <summary>
- /// 按层遍历的Length空间存储
- /// </summary>
- public int Length { get; set; }
- #endregion
- #region 将指定节点插入到二叉树中
- /// <summary>
- /// 将指定节点插入到二叉树中
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <param name="node"></param>
- /// <param name="direction">插入做左是右</param>
- /// <returns></returns>
- public ChainTree<T> BinTreeAddNode<T>(ChainTree<T> tree, ChainTree<T> node, T data, Direction direction)
- {
- if (tree == null)
- return null;
- if (tree.data.Equals(data))
- {
- switch (direction)
- {
- case Direction.Left:
- if (tree.left != null)
- throw new Exception("树的左节点不为空,不能插入");
- else
- tree.left = node;
- break;
- case Direction.Right:
- if (tree.right != null)
- throw new Exception("树的右节点不为空,不能插入");
- else
- tree.right = node;
- break;
- }
- }
- BinTreeAddNode(tree.left, node, data, direction);
- BinTreeAddNode(tree.right, node, data, direction);
- return tree;
- }
- #endregion
- #region 获取二叉树指定孩子的状态
- /// <summary>
- /// 获取二叉树指定孩子的状态
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <param name="direction"></param>
- /// <returns></returns>
- public ChainTree<T> BinTreeChild<T>(ChainTree<T> tree, Direction direction)
- {
- ChainTree<T> childNode = null;
- if (tree == null)
- throw new Exception("二叉树为空");
- switch (direction)
- {
- case Direction.Left:
- childNode = tree.left;
- break;
- case Direction.Right:
- childNode = tree.right;
- break;
- }
- return childNode;
- }
- #endregion
- #region 获取二叉树的深度
- /// <summary>
- /// 获取二叉树的深度
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <returns></returns>
- public int BinTreeLen<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- int leftLength;
- int rightLength;
- if (tree == null)
- return 0;
- //递归左子树的深度
- leftLength = BinTreeLen(tree.left);
- //递归右子书的深度
- rightLength = BinTreeLen(tree.right);
- if (leftLength > rightLength)
- return leftLength + 1;
- else
- return rightLength + 1;
- }
- #endregion
- #region 判断二叉树是否为空
- /// <summary>
- /// 判断二叉树是否为空
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <returns></returns>
- public bool BinTreeisEmpty<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- return tree == null ? true : false;
- }
- #endregion
- #region 在二叉树中查找指定的key
- /// <summary>
- ///在二叉树中查找指定的key
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- /// <param name="data"></param>
- /// <returns></returns>
- public ChainTree<T> BinTreeFind<T>(ChainTree<T> tree, T data)
- {
- if (tree == null)
- return null;
- if (tree.data.Equals(data))
- return tree;
- return BinTreeFind(tree, data);
- }
- #endregion
- #region 清空二叉树
- /// <summary>
- /// 清空二叉树
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTreeClear<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- //递的结束点,归的起始点
- if (tree == null)
- return;
- BinTreeClear(tree.left);
- BinTreeClear(tree.right);
- //在归的过程中,释放当前节点的数据空间
- tree = null;
- }
- #endregion
- #region 二叉树的先序遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的先序遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_DLR<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //先输出根元素
- Console.Write(tree.data + "\t");
- //然后遍历左子树
- BinTree_DLR(tree.left);
- //最后遍历右子树
- BinTree_DLR(tree.right);
- }
- #endregion
- #region 二叉树的中序遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的中序遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_LDR<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //优先遍历左子树
- BinTree_LDR(tree.left);
- //然后输出节点
- Console.Write(tree.data + "\t");
- //最后遍历右子树
- BinTree_LDR(tree.right);
- }
- #endregion
- #region 二叉树的后序遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的后序遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_LRD<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //优先遍历左子树
- BinTree_LRD(tree.left);
- //然后遍历右子树
- BinTree_LRD(tree.right);
- //最后输出节点元素
- Console.Write(tree.data + "\t");
- }
- #endregion
- #region 二叉树的按层遍历
- /// <summary>
- /// 二叉树的按层遍历
- /// </summary>
- /// <typeparam name="T"></typeparam>
- /// <param name="tree"></param>
- public void BinTree_Level<T>(ChainTree<T> tree)
- {
- if (tree == null)
- return;
- //申请保存空间
- ChainTree<T>[] treeList = new ChainTree<T>[Length];
- int head = 0;
- int tail = 0;
- //存放数组
- treeList[tail] = tree;
- //循环链中计算tail位置
- tail = (tail + 1) % Length;
- while (head != tail)
- {
- var tempNode = treeList[head];
- head = (head + 1) % Length;
- //输出节点
- Console.Write(tempNode.data + "\t");
- //如果左子树不为空,则将左子树存于数组的tail位置
- if (tempNode.left != null)
- {
- treeList[tail] = tempNode.left;
- tail = (tail + 1) % Length;
- }
- //如果右子树不为空,则将右子树存于数组的tail位置
- if (tempNode.right != null)
- {
- treeList[tail] = tempNode.right;
- tail = (tail + 1) % Length;
- }
- }
- }
- #endregion
- }
- }
我们把文章开头的“二叉树”的节点输入到我们的结构中,看看遍历效果咋样。