二叉查找树
二叉查找树(Binary Search Tree),或者是一颗空树,或者是具有下列性质的二叉树:
1、若它的左子树不空,则其左子树上的所有结点的值均小于它根结点的值;
2、若它的右子树不空,则其右子树上的所有结点的值均大于它根结点的值;
3、它的左、右子树也分别为二叉查找树。
二叉查找树是基于二叉树的,其结点数据结构定义为如下:
/**结点数据结构*/
static class BinaryNode<T>{
T data;
BinaryNode<T> left;
BinaryNode<T> right;
public BinaryNode(T data) {
this(data,null,null);
}
public BinaryNode( T data, BinaryNode<T> left, BinaryNode<T> right) {
this.data =data;
this.left = left;
this.right =right;
}
public BinaryNode(){
data =null;
this.left = left;
this.right =right;
}
}
查找操作
在二叉查找树中查找x的过程如下:
1、若二叉树是空树,则查找失败。
2、若x等于根结点的数据,则查找成功,否则。
3、若x小于根结点的数据,则递归查找其左子树,否则。
4、递归查找其右子树。
根据上述的步骤,写出其查找操作的代码:
/**查找指定的元素,默认从
* 根结点出开始查询*/
public boolean contains(T t){
return contains(t, rootTree);
}
/**从某个结点出开始查找元素*/
public boolean contains(T t, BinaryNode<T> node){
if(node==null)
return false;//结点为空,查找失败
int result = t.compareTo(node.data);
if(result>0)
return contains(t,node.right);//递归查询右子树
else if(result<0)
return contains(t, node.left);//递归查询左子树
else
return true;
}
/**
这里我提供一个对二叉树最大值
最小值的搜索*/
/**找到二叉查找树中的最小值*/
public T findMin(){
if(isEmpty()){
System.out.println("二叉树为空");
return null;
}else
return findMin(rootTree).data;
}
/**找到二叉查找树中的最大值*/
public T findMax(){
if(isEmpty()){
System.out.println("二叉树为空");
return null;
}else
return findMax(rootTree).data;
}
/**查询出最小元素所在的结点*/
public BinaryNode<T> findMin(BinaryNode<T> node){
if(node==null)
return null;
else if(node.left==null)
return node;
return findMin(node.left);//递归查找
}
/**查询出最大元素所在的结点*/
public BinaryNode<T> findMax(BinaryNode<T> node){
if(node!=null){
while(node.right!=null)
node=node.right;
}
return node;
}
插入操作
二叉树查找树b插入操作x的过程如下:
1、若b是空树,则直接将插入的结点作为根结点插入。
2、x等于b的根结点的数据的值,则直接返回,否则。
3、若x小于b的根结点的数据的值,则将x要插入的结点的位置改变为b的左子树,否则。
4、将x要出入的结点的位置改变为b的右子树。
代码实现如下:
/**插入元素*/
public void insert(T t){
rootTree = insert(t, rootTree);
}
/**在某个位置开始判断插入元素*/
public BinaryNode<T> insert(T t,BinaryNode<T> node){
if(node==null){
//新构造一个二叉查找树
return new BinaryNode<T>(t, null, null);
}
int result = t.compareTo(node.data);
if(result<0)
node.left= insert(t,node.left);
else if(result>0)
node.right= insert(t,node.right);
else
;//doNothing
return node;
}
删除操作
对于二叉查找树的删除操作(这里根据值删除,而非结点)分三种情况:
不过在此之前,我们应该确保根据给定的值找到了要删除的结点,如若没找到该结点不会执行删除操作!
下面三种情况假设已经找到了要删除的结点。
1、如果结点为叶子结点(没有左、右子树),此时删除该结点不会玻化树的结构,直接删除即可,并修改其父结点指向它的引用为null.如下图:
2、如果其结点只包含左子树,或者右子树的话,此时直接删除该结点,并将其左子树或者右子树设置为其父结点的左子树或者右子树即可,此操作不会破坏树结构。
3、 当结点的左右子树都不空的时候,一般的删除策略是用其右子树的最小数据(容易找到)代替要删除的结点数据并递归删除该结点(此时为null),因为右子树的最小结点不可能有左孩子,所以第二次删除较为容易。z的左子树和右子树均不空。找到z的后继y,因为y一定没有左子树,所以可以删除y,并让y的父亲节点成为y的右子树的父亲节点,并用y的值代替z的值.如图:
删除操作源码:
/**删除元素*/
public void remove(T t){
rootTree = remove(t,rootTree);
}
/**在某个位置开始判断删除某个结点*/
public BinaryNode<T> remove(T t,BinaryNode<T> node){
if(node == null)
return node;//没有找到,doNothing
int result = t.compareTo(node.data);
if(result>0)
node.right = remove(t,node.right);
else if(result<0)
node.left = remove(t,node.left);
else if(node.left!=null&&node.right!=null){
node.data = findMin(node.right).data;
node.right = remove(node.data,node.right);
}
else
node = (node.left!=null)?node.left:node.right;
return node;
}
完整源码
public class BinarySearchTree<T extends Comparable<? super T>> {
/**结点数据结构*/
static class BinaryNode<T>{
T data;
BinaryNode<T> left;
BinaryNode<T> right;
public BinaryNode(T data){
this(data,null,null);
}
public BinaryNode( T data, BinaryNode<T> left, BinaryNode<T> right){
this.data =data;
this.left = left;
this.right =right;
}
public BinaryNode(){
data =null;
this.left = left;
this.right =right;
}
}
private BinaryNode<T> rootTree;
/**构造一颗空的二叉查找树*/
public BinarySearchTree(){
rootTree = null;
}
/**清空二叉查找树*/
public void clear(){
rootTree = null;
}
/**判断是否为空*/
public boolean isEmpty(){
return rootTree == null;
}
/**查找指定的元素,默认从
* 根结点出开始查询*/
public boolean contains(T t){
return contains(t, rootTree);
}
/**找到二叉查找树中的最小值*/
public T findMin(){
if(isEmpty()){
System.out.println("二叉树为空");
return null;
}else
return findMin(rootTree).data;
}
/**找到二叉查找树中的最大值*/
public T findMax(){
if(isEmpty()){
System.out.println("二叉树为空");
return null;
}else
return findMax(rootTree).data;
}
/**插入元素*/
public void insert(T t){
rootTree = insert(t, rootTree);
}
/**删除元素*/
public void remove(T t){
rootTree = remove(t,rootTree);
}
/**打印二叉查找树*/
public void printTree(){ }
/**从某个结点出开始查找元素*/
public boolean contains(T t, BinaryNode<T> node){
if(node==null)
return false;
int result = t.compareTo(node.data);
if(result>0)
return contains(t,node.right);
else if(result<0)
return contains(t, node.left);
else
return true;
}
/**查询出最小元素所在的结点*/
public BinaryNode<T> findMin(BinaryNode<T> node){
if(node==null)
return null;
else if(node.left==null)
return node;
return findMin(node.left);//递归查找
}
/**查询出最大元素所在的结点*/
public BinaryNode<T> findMax(BinaryNode<T> node){
if(node!=null){
while(node.right!=null)
node=node.right;
}
return node;
}
/**在某个位置开始判断插入元素*/
public BinaryNode<T> insert(T t,BinaryNode<T> node){
if(node==null){
//新构造一个二叉查找树
return new BinaryNode<T>(t, null, null);
}
int result = t.compareTo(node.data);
if(result<0)
node.left= insert(t,node.left);
else if(result>0)
node.right= insert(t,node.right);
else
;//doNothing
return node;
}
/**在某个位置开始判断删除某个结点*/
public BinaryNode<T> remove(T t,BinaryNode<T> node){
if(node == null)
return node;//没有找到,doNothing
int result = t.compareTo(node.data);
if(result>0)
node.right = remove(t,node.right);
else if(result<0)
node.left = remove(t,node.left);
else if(node.left!=null&&node.right!=null){
node.data = findMin(node.right).data;
node.right = remove(node.data,node.right);
}
else
node = (node.left!=null)?node.left:node.right;
return node;
}
public BinaryNode<Integer> init(){
BinaryNode<Integer> node3 = new BinaryNode<Integer>(3);
BinaryNode<Integer> node1 = new BinaryNode<Integer>(1);
BinaryNode<Integer> node4 = new BinaryNode<Integer>(4,node3,null);
BinaryNode<Integer> node2 = new BinaryNode<Integer>(2,node1,node4);
BinaryNode<Integer> node8 = new BinaryNode<Integer>(8);
BinaryNode<Integer> root = new BinaryNode<Integer>(6,node2,node8);
return root;
}
public void preOrder(BinaryNode node) {
if (node != null) {
System.out.print(node.data);
preOrder(node.left);
preOrder(node.right);
}
}
/*简单测试*/
public static void main(String[] args) {
BinarySearchTree searchTree = new BinarySearchTree<>();
BinaryNode<Integer> node= searchTree.init();
searchTree.rootTree=node;
searchTree.preOrder(searchTree.rootTree);
searchTree.remove(4);
searchTree.preOrder(searchTree.rootTree);
}
}