目录
1.前言
2.树
2.1树的概念
2.2树中的重要概念
2.3树的表示形式
2.4树的应用
3.二叉树
3.1概念
3.2两种特殊的二叉树
3.3二叉树的性质
3.4二叉树的存储
3.5二叉树的遍历方式
3.5.1创建二叉树
3.5.2二叉树的遍历
3.6二叉树的基本操作
4.总结
二叉树是数据结构中比较难的数据结构之一,树在计算机中的应用也是非常广泛,例如文件系统、数据库查询、图形处理等。树结构的优点是:可以用来表示关系,可以用来存储和查询大量数据,可以用来实现文件管理和数据库管理等功能。接下来,让我们一起去认识并学习树和二叉树!
有一个特殊的结点,称为根结点,根结点没有前驱结点;除根结点外,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;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 。
class Node { int value; // 树中存储的数据 Node firstChild; // 第一个孩子引用 Node nextBrother; // 下一个兄弟引用 }
树的应用非常广泛,比如文件系统管理(目录和文件)。
一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合:1. 或者为空 2. 或者是由一个根节点加上两棵别称为左子树和右子树的二叉树组成。
从上图可以看出:
1. 二叉树不存在度大于2的结点
2.二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1. 满二叉树:一棵二叉树,如果每层的结点数都达到最大值,则这棵二叉树就是满二叉树。也就是说,如果一棵二叉树的层数为K,且结点总数是2^k -1,则它就是满二叉树。
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0至n-1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。
1. 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2^(i-1) 个节点(i > 0)。2.若规定只有根节点的二叉树的深度为1,则深度为K的二叉树的最大节点数是2^k - 1(k >= 0)
3.对任何一棵二叉树,如果其叶节点个数为n0,度为2的非叶节点个数为n2,则有n0 = n2 +1
4.具有n个节点的完全二叉树的深度k为log₂(n + 1)向上取整
5.对于具有n个节点的完全二叉树,如果按照从上至下从左至右的顺序对所有节点从0开始编号,则对于序号为i的节点有:
- 若i>0,双亲序号:(i-1)/2;i=0,i为根结点编号,无双亲结点
- 若2i+1
,左孩子序号:2i+1,否则无左孩子 - 若2i+2
,右孩子序号:2i+2,否则无右孩子
下面给大家来几道例题牛刀小试一下。
1. 某二叉树共有 399 个结点,其中有 199 个度为 2 的结点,则该二叉树中的叶子结点数为( )
A 不存在这样的二叉树
B 200
C 198
D 1992.在具有 2n 个结点的完全二叉树中,叶子结点个数为( )
A n
B n+1
C n-1
D n/23.一个具有767个节点的完全二叉树,其叶子节点个数为()
A 383
B 384
C 385
D 3864.一棵完全二叉树的节点数为531个,那么这棵树的高度为( )
A 11
B 10
C 8
D 12答案:
1.B (199+1)
2.A 2n = n0 + n1 + n2,n0 = n2 + 1,n1 = 1,因此 n0 = n
3.B n0 + 0 + n0 - 1 = 767 可得n0 = 384
4.B log₂(531 + 1) 解出h = 10
//孩子表示法 class Node { int val; //数据域 Node left; //左孩子的引用,常常代表左孩子为根的整棵左子树 Node right; //右孩子的引用,常常代表右孩子为根的整棵右子树 } //孩子双亲表示法 class Node { int val; //数据域 Node left; //左孩子的引用,常常代表左孩子为根的整棵左子树 Node right; //右孩子的引用,常常代表右孩子为根的整棵右子树 Node parent; //当前节点的根节点 }
本文后面主要采用孩子表示法创建二叉树。
public class BinaryTree { public class TreeNode { TreeNode left; TreeNode right; int val; public TreeNode(int val) { this.val = val; } } public TreeNode createTree() { TreeNode node1 = new TreeNode(1); TreeNode node2 = new TreeNode(2); TreeNode node3 = new TreeNode(3); TreeNode node4 = new TreeNode(4); TreeNode node5 = new TreeNode(5); TreeNode node6 = new TreeNode(6); node1.left = node2; node1.right = node3; node2.left = node4; node2.right = node5; node3.left = node6; return node1; } }
前序遍历:访问根结点——>根的左子树——>根的右子树。中序遍历:根的左子树——>根节点——>根的右子树。 后序遍历:根的左子树——>根的右子树——>根节点。
代码实现如下:
//前序遍历 public void preOrder(TreeNode root) { //如果是空树则不需要遍历 if (root == null) { return; } System.out.print(root.val + " ");//访问根节点 preOrder(root.leftNode);//前序遍历左子树 preOrder(root.rightNode);//前序遍历右子树 }
代码实现如下:
//中序遍历 public void inOrder(TreeNode root) { //如果是空树则不需要遍历 if (root == null) { return; } inOrder(root.leftNode);//中序遍历左子树 System.out.print(root.val + " ");//访问根节点 inOrder(root.rightNode);//中序遍历右子树 }
代码实现如下:
//后序遍历 public void postOrder(TreeNode root) { //如果是空树则不需要遍历 if (root == null) { return; } postOrder(root.leftNode);//后序遍历左子树 postOrder(root.rightNode);//后序遍历右子树 System.out.print(root.val + " ");//访问根节点 }
下面简单举个例子:
public class Test { public static void main(String[] args) { BinaryTree binaryTree = new BinaryTree(); BinaryTree.TreeNode root =binaryTree.createTree(); System.out.println("前序遍历:");//前序遍历结果:1 2 4 5 3 6 binaryTree.preOrder(root); System.out.println(); System.out.println("中序遍历:");//中序遍历结果:4 2 5 1 6 3 binaryTree.inOrder(root); System.out.println(); System.out.println("后序遍历:");//后序遍历结果:4 5 2 6 3 1 binaryTree.postOrder(root); } }
运行结果如下:
上面所创建出来的二叉树画出来就是下面这样子。
2.层序遍历
设二叉树的根节点所在层数为1,层序遍历就是从所在二叉树的根节点出发,首先访问第一层的树根节点,然后从左到右访问第2层上的节点,接着是第三层的节点,以此类推,自上而下,自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历。public void levelOrder(TreeNode root) { Queue queue = new LinkedList<>(); if (root == null) { return; } queue.offer(root); while (!queue.isEmpty()) { TreeNode cur = queue.poll(); System.out.print(cur.val + " "); if (cur.left != null) { queue.offer(cur.left); } if (cur.right != null) { queue.offer(cur.right); } } System.out.println(); }
我们通过队列实现层序遍历的功能,只要队列不为空,就把获取到的队头元素给cur,并且同时将这个元素打印出来,在把cur的左右两边代进去,如果左右两边为空的则不能代进去,只有非空才能代入里面。
1.某完全二叉树按层次输出(同一层从左到右)的序列为ABCDEFGH。该完全二叉树的前序序列为()A: ABDHECFG B: ABCDEFGH C: HDBEAFCG D: HDEBFGCA2.二叉树的先序遍历和中序遍历如下:先序遍历:EFHIGJK;中序遍历:HFIEJKG.则二叉树根结点为()A: E B: F C: G D: H3.设一课二叉树的中序遍历序列:badce,后序遍历序列:bdeca,则二叉树前序遍历序列为()A: adbce B: decab C: debac D: abcde4.某二叉树的后序遍历序列与中序遍历序列相同,均为ABCDEF,则按层次输出(同一层从左到右)的序列为()A: FEDCBA B: CBAFED C: DEFCBA D: ABCDEF答案:1.A 2.A 3.D 4.A
1.获取树中节点的个数
//获取树的节点个数 //方法1:递归 public int size(TreeNode root) { if (root == null) { return 0; } int ret = size(root.left) + size(root.right) + 1; return ret; } //方法2:遍历 public static int nodeSize; public void size1(TreeNode root) { if (root == null) { return; } nodeSize++; size1(root.left); size1(root.right); }
public class Test { //二叉树的基本操作 public static void main(String[] args) { BinaryTree binaryTree = new BinaryTree(); BinaryTree.TreeNode root = binaryTree.createNode(); binaryTree.preOrder(root); System.out.println(); binaryTree.inOrder(root); System.out.println(); binaryTree.postOrder(root); System.out.println(); System.out.print("树的节点个数:"); System.out.println(binaryTree.size(root)); } }
运行结果如下:
2.获取叶子节点的个数
//获取叶子节点的个数 //方法1 public int getLeafNodeCount(TreeNode root) { if (root == null) { return 0; } if (root.left == null && root.right == null) { return 1; } return getLeafNodeCount(root.left) + getLeafNodeCount(root.right); } //方法2:遍历 public int leafSize; public void getLeafNodeCount1(TreeNode root) { if (root == null) { return; } if (root.left == null && root.right == null) { leafSize++; } getLeafNodeCount1(root.left); getLeafNodeCount1(root.right); }
3. 获取第K层节点的个数
//第K层有多少个结点 public int getKLeaveNodeCount(TreeNode root, int k) { if (root == null) { return 0; } if (k == 1) { return 1; } return getKLeaveNodeCount(root.left, k - 1) + getKLeaveNodeCount(root.right, k - 1); }
4.获取二叉树的高度
//求二叉树的高度 //时间复杂度:O(N) public int getHeight(TreeNode root) { if (root == null) { return 0; } int leafHeight = getHeight(root.left); int rightHeight = getHeight(root.right); return leafHeight > rightHeight ? leafHeight + 1 : rightHeight + 1; }
5.检测值为value的元素是否存在
// 检测值为value的元素是否存在 public TreeNode find(TreeNode root, int val) { if (root == null) { return null; } if (root.val == val) { return root; } TreeNode ret = find(root.left, val); if (ret != null) { return ret; } ret = find(root.right, val); if (ret != null) { return ret; } return null; }
6.判断一棵树是不是完全二叉树
//判断一棵树是不是完全二叉树 public boolean isCompleteTree(TreeNode root) { Queue queue = new LinkedList<>(); if (root == null) { return true; } queue.offer(root); while (!queue.isEmpty()) { TreeNode cur = queue.poll(); if (cur == null) { break; } queue.offer(cur.left); queue.offer(cur.right); } while (!queue.isEmpty()) { TreeNode node = queue.peek(); if (node != null) { return false; } else { queue.poll(); } } return true; }
本文的重点是树中的重要概念和二叉树的性质、遍历方式以及基本操作,小伙伴们在学习有关二叉树的内容,一定要画出二叉树,能够帮助我们更好地理解,再去编写代码。