二叉树的链式结构和遍历(下)

又见面了,小伙伴们。今天我们继续来学习二叉树,今天的内容相对来说比较容易理解,前提是需要你们自己动手画图才会好理解。眼过千遍不如手过一遍。所以小伙伴们要多动手哦。直接开始今天的学习吧

1.二叉树链式结构的实现

1.1 前置说明
在学习二叉树的基本操作前,需先要创建一棵二叉树,然后才能学习其相关的基本操作。由于现在我们对二叉树结构掌握还不够深入,为了降低学习成本,此处手动快速创建一棵简单的二叉树,快速进入二叉树操作学习,等二叉树结构了解的差不多时,我们反过头再来研究二叉树真正的创建方式。
typedef int BTDataType;
typedef struct BinaryTreeNode
{BTDataType data;struct BinaryTreeNode* left;struct BinaryTreeNode* right;
}BTNode;BTNode* BuyNode(BTDataType x)
{BTNode* node = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));if (node == NULL){perror("malloc fail");return NULL;}node->data = x;node->left = NULL;node->right = NULL;return node;
}BTNode* CreatBinaryTree()
{BTNode* node1 = BuyNode(1);BTNode* node2 = BuyNode(2);BTNode* node3 = BuyNode(3);BTNode* node4 = BuyNode(4);BTNode* node5 = BuyNode(5);BTNode* node6 = BuyNode(6);BTNode* node7 = BuyNode(7);node1->left = node2;node1->right = node4;node2->left = node3;node4->left = node5;node4->right = node6;node5->left = node7;return node1;
}
注意:上述代码并不是创建二叉树的方式,真正创建二叉树方式后序详解重点讲解。
我们前面学过二叉树的概念是
1. 空树
2. 非空:根节点,根节点的左子树、根节点的右子树组成的
从概念中可以看出,二叉树定义是递归式的,因此后序基本操作中基本都是按照该概念实现的。
任何一个二叉树都可以看成有3个部分组成:根,左子树,右子树。每个子树又可以分成上述3个部分,一直分到它们的左右子树都为空时停止。
1.2 二叉树的遍历
1.2.1前序、中序以及后序遍历
学习二叉树结构,最简单的方式就是遍历。所谓 二叉树遍历 (Traversal) 是按照某种特定的规则,依次对二叉 树中的节点进行相应的操作,并且每个节点只操作一次 。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。 遍历是二叉树上最重要的运算之一,也是二叉树上进行其它运算的基础。
按照规则,二叉树的遍历有: 前序 / 中序 / 后序的递归结构遍历 :
1. 前序遍历 (Preorder Traversal 亦称先序遍历 )—— 访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之前。
2. 中序遍历 (Inorder Traversal)—— 访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之中(间)。
3. 后序遍历 (Postorder Traversal)—— 访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之后。
由于被访问的结点必是某子树的根, 所以 N(Node )、 L(Left subtree )和 R(Right subtree )又可解释为 根、根的左子树和根的右子树 。 NLR 、 LNR 和 LRN 分别又称为先根遍历、中根遍历和后根遍历。
下面来看一个二叉树,小伙伴们可以先试试它的前序,中序,后序都是什么。
第一次写这个的时候小伙伴们可能还搞不懂,就是直到左右子树都是空的时候才会停止,只要还能继续往下走,就要一直继续走。记住这句话应该就没有问题了。建议一定要自己画图才能理解其中的意思。
来看代码吧(如果自己想在电脑上试一下的话,要把开头给的代码补上才完整)
//前序
void PrevOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){printf("N ");return;}printf("%d ", root->data);PrevOrder(root->left);PrevOrder(root->right);
}//中序
void InOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){printf("N ");return;}InOrder(root->left);printf("%d ", root->data);InOrder(root->right);
}//后序
void PostOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){printf("N ");return;}PostOrder(root->left);PostOrder(root->right);printf("%d ", root->data);
}int main()
{BTNode* root = CreatBinaryTree();PrevOrder(root);printf("\n");InOrder(root);printf("\n");PostOrder(root);printf("\n");
}

前序遍历结果: 1 2 3 4 5 6
中序遍历结果: 3 2 1 5 4 6
后序遍历结果: 3 2 5 6 4 1

总体的思想就是递归思想,我会画一个前序的递归图帮助小伙伴们更好的理解,其它的遍历小伙伴们可以自己试一下哦。

1.2.2 层序遍历
层序遍历 :除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外,还可以对二叉树进行层序遍历。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。(不能用递归来表示)
代码实现:
void LevelOrder(BTNode* root)
{Queue q;QueueInit(&q);if (root)QueuePush(&q, root);while (!QueueEmpty(&q)){BTNode* front = QueueFront(&q);QueuePop(&q);printf("%d ", front->data);if (front->left)QueuePush(&q, front->left);if (front->right)QueuePush(&q, front->right);}printf("\n");QueueDestroy(&q);
}

如果想添加以前写的队列的代码的话,可以把队列文件的.c和.h 文件复制然后添加到二叉树文件的里面,如图所示

添加完之后需要对头文件做一些修改

2.求二叉树的各种节点问题

2.1计算节点个数

计算节点个数有2个方法:

方法1:把size定义成全局变量,然后遍历整棵数,如果不空的话,size++

int size = 0;
void BTreeSize(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;++size;BTreeSize(root->left);BTreeSize(root->right);
}
BTreeSize(root);//方法1
printf("BTreeSize:%d\n", size);

方法2:分治法。左子树+右子树+1(1代指的是根)

举个例子,假如学校校长想要统计学生个数,那么是不是校长先给院长下达命令,然后院长在给辅导员下达命令,最后辅导员再给各班班长下达命令,让班长统计人数,然后依次上报,最后校长就知道学生有多少人了。递归思想就是这样

int BTreeSize(BTNode* root)
{/*if (root == NULL){return 0;}return BTreeSize(root->left) + BTreeSize(root->right) + 1;*/return root==NULL?0: BTreeSize(root->left) + BTreeSize(root->right) + 1; 
}
printf("BTreeLeafSize:%d\n", BTreeLeafSize(root));
2.2 计算叶子节点个数

这个我们应该很好想到,就是当左子树和右子树为空的时候就是到叶子节点了。递归的终止条件有2个。当树为空时返回0,当左子树和右子树都为空的时候返回1

int BTreeLeafSize(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;if (root->left == NULL && root->right == NULL)return 1;return BTreeLeafSize(root->left) + BTreeLeafSize(root->right);
}
printf("BTreeLeafSize:%d\n", BTreeLeafSize(root));
2.3 计算二叉树高度

二叉树的高度由最长路径决定的,哪个路线最长,树的高度就是多少

先定义2个变量分别计算左右子树的长度,哪个树长树的高度就是它。

int BTreeHight(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;int leftHight = BTreeHight(root->left);int rightHight = BTreeHight(root->right);return leftHight > rightHight ? BTreeHight(root->left) +1: BTreeHight(root->right)+1;}

当然也可以这样写,不过这种写法的效率非常低,当数据量非常大的时候就会浪费很大的时间

int BTreeHight(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;return BTreeHight(root->left) > BTreeHight(root->right) ? BTreeHight(root->left) + 1 : BTreeHight(root->right) + 1;
}
2.4 计算第K层节点个数

可以转换成左子树的第k-1层和右子树的第k-1层。递归的结束条件是k==1且节点不为空。

int BTreeLevelKSize(BTNode* root, int k)
{assert(k);if (root == NULL)return 0;if (k == 1)return 1;return BTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BTreeLevelKSize(root->right, k - 1);
}
	printf("BTreeLevelKSize:%d\n", BTreeLevelKSize(root,3));

2.5 查找值为x的节点

我先展示一下经典的错位写法,当然我开始也是这样想的

BTNode* BTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)//错误写法,找到还要返回上一层
{if (root == NULL)return NULL;if (root->data == x)return root;BTreeFind(root->left, x);BTreeFind(root->right, x);}

错误的原因就是找到值的话不是直接退出递归,而是要返回上一层,一直到开头的地方。其实只要自己画一个递归展开图就知道是怎么回事了。讲递归的时候我们就知道是有去有回,不是直接结束

正确思路就是定义变量要记录找到的值,然后直接返回就行。

BTNode* BTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{if (root == NULL)return NULL;if (root->data == x)return root;BTNode* ret1 = BTreeFind(root->left, x);if (ret1)return ret1;BTNode* ret2 = BTreeFind(root->right, x);if (ret2)return ret2;return NULL;
}
2.6 判断是否为完全二叉树

这时候就会有人想可不可以用节点个数来判断是不是完全二叉树,只要在范围之内就是完全二叉树,那么这种想法是错误的,这个想法只能用来判断是不是满二叉树。我们已经知道完全二叉树的特征是最后一层可以不满,但叶子节点必须是连续的,所以说用节点个数来判断是行不通的。

具体实现如下:我们可以通过层序遍历来判断,只要队列不为空时,就继续往下走

代码如下:

bool BTreeComplete(BTNode* root)
{Queue q;QueueInit(&q);if (root)QueuePush(&q, root);while (!QueueEmpty(&q)){BTNode* front = QueueFront(&q);QueuePop(&q);//遇到空就跳出if (front == NULL)break;QueuePush(&q, front->left);QueuePush(&q, front->right);}//检查后面的节点有没有非空//有非空,就不是完全二叉树while (!QueueEmpty(&q)){BTNode* front = QueueFront(&q);QueuePop(&q);if (front){QueueDestroy(&q);return false;}}QueueDestroy(&q);return true;}

 好了,小伙伴们,今天的学习就到这里,下一节我们来练习一些二叉树有关的习题,关于二叉树的初级部分就学完了。高级部分要等到我们学完C++后才能更好的理解。感谢大家的阅读。

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