二叉树的性质以及二叉查找树的基本操作

1、基本概念

树(Tree)是n(n≥0)个结点的有限集。在任意一棵非空树中:(1)有且仅有一个特定的被称为根(Root)的结点;(2)当n>1时,其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集T1,T2,…,Tm,其中每一个集合本身又是一棵树,并且称为根的子树(SubTree)。

度:结点拥有的子树数称为结点的度(Degree)。度为0的结点称为叶子(Leaf)或终端结点。度不为0的结点称为非终端结点或分支结点。树的度是树内各结点的度的最大值。

孩子及双亲:结点的子树的根称为该结点的孩子(Child),相应地,该结点称为孩子的双亲(Parent)。

层次“结点的层次(Level)是从根结点开始计算起,根为第一层,根的孩子为第二层,依次类推。树中结点的最大层次称为树的深度(Depth)或高度。

如果将树中结点的各子树看成从左至右是有次序的(即不能互换),则称该树为有序树,否则称为无序树。

2、二叉树的基本性质:

二叉树(Binary Tree)的特点是每个结点至多具有两棵子树(即在二叉树中不存在度大于2的结点),并且子树之间有左右之分。

    二叉树的性质:

    (1)、在二叉树的第i层上至多有2i-1个结点(i≥1)。

    (2)、深度为k的二叉树至多有2k-1个结点(k≥1)。

    (3)、对任何一棵二叉树,如果其叶子结点数为n0,度为2的结点数为n2,则n0=n2+1。

    一棵深度为k且有2^k-1个结点的二叉树称为满二叉树。

    可以对满二叉树的结点进行连续编号,约定编号从根结点起,自上而下,自左至右,则由此可引出完全二叉树的定义。深度为k且有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到n的结点一一对应时,称之为完全二叉树。

 《二叉树的性质以及二叉查找树的基本操作》

    (4)、具有n个结点的完全二叉树的深度为不大于log2n的最大整数加1。

    (5)、如果对一棵有n个结点的完全二叉树的结点按层序编号(从第1层到最后一层,每层从左到右),则对任一结点i(1≤i≤n),有

    a、如果i=1,则结点i是二叉树的根,无双亲;如果i>1,则其双亲是结点x(其中x是不大于i/2的最大整数)。

    b、如果2i>n,则结点i无左孩子(结点i为叶子结点);否则其左孩子是结点2i。

    c、如果2i+1>n,则结点i无右孩子;否则其右孩子是结点2i+1。

3、二叉查找树基本操作

查找:

 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。

/**
 * 二叉查找树的查找
 * @param node
 * @param x
 */
public TreeNode Find(TreeNode node,int x){
	if(node == null)
		return null;
	if(x<node.val)
		Find(node.left);
	else if(x>node.val)
		Find(node.right);
	else if(x == node.val)
		return node;
}
/**
 * 查找最小值(递归实现)
 * 一直查找左子树,最后一个节点即为最小值
 * @param node
 */
public TreeNode FindMin(TreeNode node){
	if(node == null)
		return null;
	else if(node.left == null)
		return node;
	else {
		return FindMin(node.left);
	}
}
/**
 * 查找最大值(循环实现)
 * 一直查找右子树
 * @param node
 */
public TreeNode FindMax(TreeNode node){
	if(node != null)
		while(node.right != null)
			node = node.right;
	return node;	
}

插入:

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。

/**
 * 添加
 * @param x
 * @param root
 * @return
 */
public TreeNode Insert(int x,TreeNode root){
	if(root == null){ //找到要插入的位置,新建一个节点
		TreeNode node = new TreeNode(x);
		node.left = null;
		node.right = null;
	}
	else if(x<root.val) //如果插入值小于当前值,则应插入左子树
		root.left = Insert(x, root.left);
	else if(x>root.val) //...
		root.right = Insert(x, root.right);
	return root;
	
}

删除:

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:

                《二叉树的性质以及二叉查找树的基本操作》

                       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。
                 《二叉树的性质以及二叉查找树的基本操作》
                           

                       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:

                    《二叉树的性质以及二叉查找树的基本操作》

    原文作者:二叉查找树
    原文地址: https://blog.csdn.net/ls5718/article/details/52134932
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