欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

二叉排序树 分析、梳理、代码总结

程序员文章站 2022-06-05 16:44:38
...

二叉排序树(binary sort tree)


二叉排序树的定义

    二叉排序树或是一棵空树,或是具有如下性质的非空二叉树:

      (1)若它的左子树非空,则其左子树所有结点的关键字值均小于其根结点的关键字值

      (2)若它的右子树非空,则其右子树所有结点的关键字值均大于其根结点的关键字值

      (3)它的左右子树也分别为一棵二叉排序树

二叉排序树的重要特征:对二叉排序树进行中序遍历可以得到一个关键字有序的序列

二叉排序树的存储:二叉链表

/*二叉排序树的二叉链表存储结构*/
typedef struct BTNode{
    Elemtype key;                       /*记录的关键字,忽略记录的其他数据项*/
    struct BTNode *lchild,*rchild;  
}BTNode,*BSTree;

二叉排序树的查找:

    二叉排序树不空的时候,将给定值key和结点的关键字比较,相等查找成功,小于查找左子树,大于查找右子树,返回空查找失败。

    查找过程实际上是从根结点到结点的路径,即该层的深度。

/*二叉排序树的查找*/
BTNode *SearchBST(BSTree T,int key)      /*T指向二叉排序树的根结点*/
{
    if(T==NULL)                     /*空树,查找失败*/
        return NULL;
    if(key==T->key)             /*查找成功*/
        return T;
    if(key<T->key)
        return SearchBST(T->lchild,key);        /*查找左子树*/
    if(key>T->key)
        return SearchBST(T->rchild,key);       /*查找右子树*/
}

二叉排序树的插入

    插入结点的条件:查找不成功

    基本思想:(1)若二叉排序树为空,则新结点作为二叉排序树的根结点

                     (2)若给定结点的关键字的值小于根结点的值,插入到左子树中

                     (3)若给定结点的关键字的值大于根结点的值,插入到右子树中

/*二叉排序树的插入*/
BSTree InsertBST_key(BSTree T,int key)
{/*在以T为根结点的二叉排序树上查找关键字为key的记录,若不存在将其插入*/
    BTNode *s=SearchBST(T,key);
    if(s!=NULL)
    {
        printf("\n关键字%d已存在!\n",s->key);
        return T;
    }
    s=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));         /*生成一个结点空间*/
    if(s==NULL)
        printf("Error\n");
    s->key=key;
    s->lchild=s->rchild=NULL;
    T=InsertBST(T,s);               /*在二叉排序树上插入该结点*/
    return T;
}

/*在二叉排序树上插入一个结点*/
BSTree InsertBST(BSTree T,BTNode *s)
{  /*在以T为根的二叉树上插入一个指针s所指向的结点并返回根指针T*/
    if(T==NULL)         /*如果T是空树,则新插入的结点S作为新的树根*/
        T=s;
    else
    {
        if(s->key<T->key)
            T->lchild=InsertBST(T->lchild,s);       /*递归插到T的左子树中*/
        if(s->key>T->key)
            T->lchild=InsertBST(T->lchild,s);        /*递归插到T的右子树中*/
    }
    return T;
}


二叉排序树的创建

    二叉树的创建过程实际上就是一个查找插入的过程,每次插入的新结点都是二叉树上新的叶子结点,操作时不必像静态查找移动其他结点,只需改动新叶子结点的父结点的左或右指针,由空变为非空即可。二叉排序树既拥有类似折半查找的特性,又采用链表作为存储结构。

/*二叉排序树的创建*/
BSTree CreateBST()      /*由空树开始,输入关键字序列,建立一棵二叉排序树*/
{
    BSTree T=NULL,s=NULL;
    int key;
    printf("输入关键字序列,输入-1结束\n");
    while(1)
    {
        scanf("%d",&key);     
        if(key==-1)
            break;
        s=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));         /*生成一个结点空间*/
        s->key=key;
        s->lchild=s->rchild=NULL;
        T=InsertBST(T,s);                   /*在二叉排序树中插入该结点*/
    }
    return T;
}

二叉排序树的删除

    假设待删除的结点为*p,f指向结点*p的双亲,s指向*p的左子树中关键字值最大的结点,q指向s的双亲

    删除分为3中情况:

      (1)*p为叶子结点,即其左右结点为空-----将其双亲结点f的lchild或rchild置空,删除结点

      (2)*p只有一棵非空子树(左子树或右子树)

           只有左子树-----用左子树的根结点取代要删除的结点

           只有右子树-----用右子树的根结点取代要删除的结点

      (3)*p左右子树均非空-----用*p左子树中关键字最大的结点*s替代*p,若*s有左孩子,将左孩子作为*s的双亲结点*q的右孩子  

                                              二叉排序树 分析、梳理、代码总结

    为了删除结点后重接子树,要修改查找算法

/*为了删除操作而修改的二叉排序树查找*/
BTNode *SearchBST_F(BSTree T,int key,BSTree *F)
{   /*T指向根结点,*F存储指向key的双亲的指针*/
    /*查找成功,返回指向key的记录指针,查找失败返回NULL*/
    if(T==NULL)
        return NULL;
    if(key==T->key)
        return T;
    *F=T;
    if(key<T->key)
        return SearchBST_F(T->lchild,key,F);
    if(key>T->key)
        return SearchBST_F(T->rchild,key,F);
}

/*在二叉排序树中查找并删除关键字为key的记录*/
BSTree SearchDeleteBST(BSTree T,int key)
{
        BTNode *f=NULL,*pNULL;
        p=SearchBST_F(T,key,&f);        /*查找key,p指向key,f指向双亲*/
        if(p!=NULL)
            T=DeleteBST(T,p,f);
        else
            printf("关键字为key的记录不存在!\n");
        return T;
}

二叉排序树的删除算法

/*二叉排序树的删除*/
BSTree DeleteBST(BSTree T,BTNode *p,BTNode *f)
{/*删除p指针指向的结点,f指向*p的双亲结点*/
 /*T是指向根结点的指针*/
    BTNode *par,*s;
    int kind;
    if(p->lchild==NULL&&p->rchild==NULL)            /*情况1,*p为叶子结点*/
        kind=1;                                                 
    else if(p->rchild==NULL)                /*情况2,*p只有左子树*/
        kind=2; 
    else if(p->lchild==NULL)                /*情况3,*p只有右子树*/
        kind=3;
    else                                                    /*情况4,*p左右子树非空*/
        kind=4;
    switch(kind)
    {
        case 1:    if(f==NULL)         /*p指向根结点,树中只有根结点*/
                                T=NULL;             /*删除结点*p,T变空树*/
                        else
                        {
                                if(f->lchild==p)       /* *p是*f的左孩子*/
                                    f->lchild=NULL;
                                else                           /* *p是*f的右孩子*/
                                    f->rchild==NULL;       
                        }
                        free(p);                       /*删除结点释放空间*/
                        break;
        case 2:    if(f==NULL)          /*f为NULL,*p为根结点,且只有左子树*/
                                T=p->lchild;
                        else
                        {
                            if(f->lchild==p)       /* *p是*f的左子树*/
                                f->lchild=p->lchild;
                            else                         /* *p是*f的右子树*/
                                f->rchild=p->lchild;
                        }
                        free(p);                       /*删除结点释放空间*/
                        break;
        case 3:     if(f==NULL)        /*f为NULL,*p为根结点,且只有左子树*/
                                T=p->rchild;
                           else
                           {
                               if(p==f->lchild)
                                    f->lchild=p->rchild;
                               else
                                    f->rchild=p->rchild;
                           }
                           free(p);
                           break;
        case 4:     par=p;
                          s=p->lchild;
                          while(s->rchild!=NULL)        /*找到p左子树的关键字最大(最右下)的结点*/
                          {
                              par=s;
                              s=s->rchild;
                          }
                          p->key=s->key;        /*s结点的值覆盖p结点的值*/
                          if(par==p)           /*处理特殊情况,*p的左孩子为*s*/
                                par->lchild=s->lchild;
                          else
                                par->rchild=s->lchild;      /*s的左子树连接到s的双亲结点作为双亲结点的右子树*/
                          free(s);           /*注意不是free(p),因为p的关键字被s的关键字覆盖,s已无用*/
    }
    return T;
}

完整代码如下:

#include <iostream>
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
using namespace std;
typedef int Elemtype;
/*二叉排序树的二叉链表存储结构*/
typedef struct BTNode{
    Elemtype key;                       /*记录的关键字,忽略记录的其他数据项*/
    struct BTNode *lchild,*rchild;
}BTNode,*BSTree;

/*二叉排序树的查找*/
BTNode *SearchBST(BSTree T,int key)      /*T指向二叉排序树的根结点*/
{
    if(T==NULL)                     /*空树,查找失败*/
        return NULL;
    if(key==T->key)             /*查找成功*/
        return T;
    if(key<T->key)
        return SearchBST(T->lchild,key);        /*查找左子树*/
    if(key>T->key)
        return SearchBST(T->rchild,key);       /*查找右子树*/
}

/*在二叉排序树上插入一个结点*/
BSTree InsertBST(BSTree T,BTNode *s)
{  /*在以T为根的二叉树上插入一个指针s所指向的结点并返回根指针T*/
    if(T==NULL)         /*如果T是空树,则新插入的结点S作为新的树根*/
        T=s;
    else
    {
        if(s->key<T->key)
            T->lchild=InsertBST(T->lchild,s);       /*递归插到T的左子树中*/
        if(s->key>T->key)
            T->lchild=InsertBST(T->lchild,s);        /*递归插到T的右子树中*/
    }
    return T;
}

/*二叉排序树的插入*/
BSTree InsertBST_key(BSTree T,int key)
{/*在以T为根结点的二叉排序树上查找关键字为key的记录,若不存在将其插入*/
    BTNode *s=SearchBST(T,key);
    if(s!=NULL)
    {
        printf("\n关键字%d已存在!\n",s->key);
        return T;
    }
    s=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));         /*生成一个结点空间*/
    if(s==NULL)
        printf("Error\n");
    s->key=key;
    s->lchild=s->rchild=NULL;
    T=InsertBST(T,s);               /*在二叉排序树上插入该结点*/
    return T;
}

/*二叉排序树的创建*/
BSTree CreateBST()      /*由空树开始,输入关键字序列,建立一棵二叉排序树*/
{
    BSTree T=NULL,s=NULL;
    int key;
    printf("输入关键字序列,输入-1结束\n");
    while(1)
    {
        scanf("%d",&key);
        if(key==-1)
            break;
        s=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));         /*生成一个结点空间*/
        s->key=key;
        s->lchild=s->rchild=NULL;
        T=InsertBST(T,s);                   /*在二叉排序树中插入该结点*/
    }
    return T;
}

/*为了删除操作而修改的二叉排序树查找*/
BTNode *SearchBST_F(BSTree T,int key,BSTree *F)
{   /*T指向根结点,*F存储指向key的双亲的指针*/
    /*查找成功,返回指向key的记录指针,查找失败返回NULL*/
    if(T==NULL)
        return NULL;
    if(key==T->key)
        return T;
    *F=T;
    if(key<T->key)
        return SearchBST_F(T->lchild,key,F);
    if(key>T->key)
        return SearchBST_F(T->rchild,key,F);
}

/*二叉排序树的删除*/
BSTree DeleteBST(BSTree T,BTNode *p,BTNode *f)
{/*删除p指针指向的结点,f指向*p的双亲结点*/
 /*T是指向根结点的指针*/
    BTNode *par,*s;
    int kind;
    if(p->lchild==NULL&&p->rchild==NULL)            /*情况1,*p为叶子结点*/
        kind=1;
    else if(p->rchild==NULL)                /*情况2,*p只有左子树*/
        kind=2;
    else if(p->lchild==NULL)                /*情况3,*p只有右子树*/
        kind=3;
    else                                                    /*情况4,*p左右子树非空*/
        kind=4;
    switch(kind)
    {
        case 1:    if(f==NULL)         /*p指向根结点,树中只有根结点*/
                                T=NULL;             /*删除结点*p,T变空树*/
                        else
                        {
                                if(f->lchild==p)       /* *p是*f的左孩子*/
                                    f->lchild=NULL;
                                else                           /* *p是*f的右孩子*/
                                    f->rchild==NULL;
                        }
                        free(p);                    /*删除结点释放空间*/
                        break;
        case 2:    if(f==NULL)          /*f为NULL,*p为根结点,且只有左子树*/
                                T=p->lchild;
                        else
                        {
                            if(f->lchild==p)       /* *p是*f的左子树*/
                                f->lchild=p->lchild;
                            else                         /* *p是*f的右子树*/
                                f->rchild=p->lchild;
                        }
                        free(p);                       /*删除结点释放空间*/
                        break;
        case 3:     if(f==NULL)        /*f为NULL,*p为根结点,且只有左子树*/
                                T=p->rchild;
                           else
                           {
                               if(p==f->lchild)
                                    f->lchild=p->rchild;
                               else
                                    f->rchild=p->rchild;
                           }
                           free(p);
                           break;
        case 4:     par=p;
                          s=p->lchild;
                          while(s->rchild!=NULL)        /*找到p左子树的关键字最大(最右下)的结点*/
                          {
                              par=s;
                              s=s->rchild;
                          }
                          p->key=s->key;        /*s结点的值覆盖p结点的值*/
                          if(par==p)           /*处理特殊情况,*p的左孩子为*s*/
                                par->lchild=s->lchild;
                          else
                                par->rchild=s->lchild;      /*s的左子树连接到s的双亲结点作为双亲结点的右子树*/
                          free(s);           /*注意不是free(p),因为p的关键字被s的关键字覆盖,s已无用*/
    }
    return T;
}

BSTree SearchDeleteBST(BSTree T,int key)
{
        BTNode *f=NULL,*p=NULL;
        p=SearchBST_F(T,key,&f);        /*查找key,p指向key,f指向双亲*/
        if(p!=NULL)
            T=DeleteBST(T,p,f);
        else
            printf("关键字为key的记录不存在!\n");
        return T;
}


int main()
{

    return 0;
}