数据结构——二叉树的链式结构

 个人主页日刷百题

系列专栏〖C语言小游戏〗〖Linux〗〖数据结构〗 〖C语言〗

🌎欢迎各位点赞👍+收藏⭐️+留言📝 

一、二叉树的创建

这里我们使用先序遍历的思想来创建二叉树,这里的内容对于刚接触二叉树的朋友可能有些难理解,不妨先看完下面的二叉树各种遍历再来看创建就会简单很多,为了保持文章的整体性,先讲二叉树的创建。

当然为了后续内容能够衔接,我们先手动创建一个固定的树,就是上面这棵树,后续内容全部围绕这棵树

typedef int DataType;
typedef struct TreeNode
{DataType data;struct  TreeNode* left;struct  TreeNode* right;
}TreeNode;
TreeNode* BuyNode(int x)
{TreeNode* node = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode));if (node == NULL){perror("malloc fail:");return NULL;}node->data = x;node->left = node->right = NULL;
}TreeNode* CreatTree()
{TreeNode* node1 = BuyNode(1);TreeNode* node2 = BuyNode(2);TreeNode* node3 = BuyNode(3);TreeNode* node4 = BuyNode(4);TreeNode* node5 = BuyNode(5);TreeNode* node6= BuyNode(6);node1->left = node2;node1->right = node4;node2->left = node3;node4->left = node5;node4->right = node6;return node1;
}

现在开始讲如何用前序遍历方式来进行创建二叉树,这里给俩种创建方法。

1.1  返回根节点指针创建

注:我们用前序遍历方式输入数字,-1代表空,上面的二叉树可写为:1 2 3 -1 -1 -1 4 5 -1 -1 6 -1 -1

TreeNode* CreatTree()
{int i;scanf("%d", &i);if (i == -1){return NULL;}TreeNode* root = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode));if (root == NULL){perror("malloc fail:");exit(-1);}root->data = i;root->left =  CreatTree();root->right = CreatTree();return root;
}

注:return root 是不能省略的,递归返回时,遇到空返回;或者构建完子数,返回根节点,作为上一级左子树,构建完子树,返回根节点,作为上一级右子树,依次递归回去,直到返回整个数的根节点

1.2 二级指针传参创建

同样的,依然构建上面的而二叉树,用前序遍历方式输入数字,-1代表空,上面的二叉树可写为:1 2 3 -1 -1 -1 4 5 -1 -1 6 -1 -1

void CreatTree(TreeNode** root)
{int i;scanf("%d", &i);if (i == -1){*root = NULL;}else{*root = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode));if (*root == NULL){perror("malloc fail:");exit(-1);}(*root)->data = i;CreatTree(&((*root)->left));CreatTree(&((*root)->right));}}

 注:二级指针传参可以改变一级指针的指向,同样的,这里创建好根节点后,创造左子树,在创造右子树,依次递归下去。

二、二叉树的遍历

我们先从最简单的操作----遍历学起。所谓二叉树遍历(Traversal)就是按照某种特定的规则,依次对二叉树中的结点进行相应的操作,并且每个节点有且只操作一次。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。二叉树的遍历分为四种:前序遍历、中序遍历、后序遍历和层序遍历。

2.1 前序遍历

前序遍历(Preorder Traversal)又称先根遍历,即先遍历根结点,再遍历左子树,最后遍历右子树。而对于子树的遍历,也服从上述规则。利用递归,我们可以很快地写出代码:

// 二叉树前序遍历
void PreOrder(TreeNode* root)
{if (root == NULL){printf("NULL ");return ;}printf("%d ", root->data);PreOrder(root->left);PreOrder(root->right);}

便于我们更好的理解,我们画出递归展开图

2.2 中序遍历

中序遍历(Inorder Traversal)又称中根遍历,即先遍历左子树,再遍历根结点,最后遍历右子树。同样,子树的遍历规则也是如此。递归代码如下:

// 二叉树中序遍历
void InOrder(TreeNode* root)
{if (root == NULL){printf("NULL ");return ;}InOrder(root->left);printf("%d ", root->data);InOrder(root->right);
}

2.3 后序遍历

后序遍历(Inorder Traversal)又称后根遍历,即先遍历左子树,再遍历右子树,最后遍历根结点递归代码如下:

// 二叉树后序遍历
void PostOrder(TreeNode* root)
{if (root == NULL){printf("NULL ");return ;}PostOrder(root->left);PostOrder(root->right);printf("%d ", root->data);
}

2.4  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。
层序遍历借助队列实现,思路解析图如下:
//层序遍历
void LevelOrder(TreeNode* root)
{Queue pq;QueueInit(&pq);if (root == NULL){QueueDestroy(&pq);return;}QueuePush(&pq,root);while (!QueueEmpty(&pq)){TreeNode* front= QueueFront(&pq);printf("%d ", front->data);QueuePop(&pq);if (front->left!= NULL){QueuePush(&pq, front->left);}if (front->right != NULL){QueuePush(&pq, front->right);}}QueueDestroy(&pq);
}

思考:当然层序遍历这里有一个变形,我们能不能将二叉树每一层打印单独放一行,该怎么做呢?

思路:

(1)设二叉树的根节点所在层数为1,第一层根节点进队列,队列元素个数为1,size==1
(2)每出队列一次,size--,根节点出完队列,俩个子节点进队列,此时队列元素个数为第二层节点个数,size==2
(3)当我们出队列size次,把第二层元素出完,队列剩下的元素是第三层节点,size==QueueSize
以此类推,以size为循环条件,则可实现每层单独打印一行

void LevelOrder(TreeNode* root)
{Queue pq;QueueInit(&pq);if (root == NULL){QueueDestroy(&pq);return;}QueuePush(&pq,root);int size = 1;while (!QueueEmpty(&pq)){while (size--){TreeNode* front = QueueFront(&pq);printf("%d ", front->data);QueuePop(&pq);if (front->left != NULL){QueuePush(&pq, front->left);}if (front->right != NULL){QueuePush(&pq, front->right);}}size = QueueSize(&pq);printf("\n");}QueueDestroy(&pq);
}

三、二叉树的结点

3.1 二叉树的总结点数

一颗二叉树的结点数我们可以看作是根结点+左子树结点数+右子树结点数,那左右子树的结点数又是多少呢?按照相同的方法继续拆分,层层递归直到左右子树为空树,返回空树的结点数0即可。递归代码如下:

// 二叉树节点个数
int TreeSize(TreeNode* root)
{return root == NULL? 0 : TreeSize(root->left) + TreeSize(root->right) + 1;
}

3.2 二叉树的叶子结点数

左右子树都为空的结点即是叶子结点。这里分为两种情况:左右子树都为空和左右子树不都为空。

(1)当左右子树都为空时,则这颗树的叶子结点数为1(根节点)。

(2)当左右子树不都为空,即根结点不是叶子结点时,这棵树的叶子结点数就为左子树叶子结点数+右子树叶子结点数(空树没有叶子结点)。
 

// 二叉树叶子节点个数
int  TreeLeafSize(TreeNode* root)
{if (root == NULL){return 0;}if (root->left == NULL && root->right == NULL){return 1;}return TreeLeafSize(root->left) + TreeLeafSize(root->right);
}

3.3 二叉树第k层结点数

一颗树第k层的结点数我们可以拆分为其左子树第k-1层结点+右子树第k-1层结点(注:当前节点为第一层)

(1)若为空树,无论哪层节点数都是0

(2)若不是空树且k==1,则只有一个节点(根节点)

// 二叉树第k层节点个数
int TreeLevelKSize(TreeNode* root, int k)
{assert(k > 0);if (root!=NULL&&k == 1){return 1;}if (root == NULL){return 0;}if (k > 1){return TreeLevelKSize(root->left, k - 1) + TreeLevelKSize(root->right, k - 1);}
}
// 判断二叉树是否是完全二叉树
bool TreeComplete(TreeNode* root)
{Queue pq;QueueInit(&pq);if (root == NULL){QueueDestroy(&pq);return;}QueuePush(&pq, root);while (!QueueEmpty(&pq)){TreeNode* front = QueueFront(&pq);QueuePop(&pq);if (front == NULL){break;}QueuePush(&pq, front->left);QueuePush(&pq, front->right);}while (!QueueEmpty(&pq)){TreeNode* front = QueueFront(&pq);QueuePop(&pq);if (front != NULL){return false;}}QueueDestroy(&pq);return true;
}

四、二叉树的查找

二叉树的查找本质上就是一种遍历,只不过是将之前的打印操作换为查找操作而已。我们可以使用前序遍历来进行查找:

(1)先比较根结点是否为我们要查找的结点,如果是,返回根节点地址

(2)如果不是,遍历左子树,如果左子树是,直接返回节点地址;不是则遍历右子树,如果右子树是,直接返回节点地址,不是返回空,说明左右子树都没找到。

// 二叉树查找值为x的节点
TreeNode* TreeFind(TreeNode* root, DataType x)
{if (root == NULL){return NULL;}if (root->data == x){return root;}TreeNode* node1 = TreeFind(root->left, x);if (node1){return node1;}TreeNode* node2 = TreeFind(root->right, x);if (node2){return node2;}return NULL;
}

五、二叉树的高度/深度

树中结点的最大层次称为二叉树的高度。因此,一颗二叉树的高度我们可以看作是

1(根结点)+左右子树高度的较大值。层层递归下去直到遇到空树返回0即可,

这里值得注意的是:不要写成

return TreeHeight(root->left)>TreeHeight(root->right) ? TreeHeight(root->left)+1:TreeHeight(root->right)+1;
}
这里比较好左右子树较大的一颗后,又会从新递归较大那颗子树高度,会造成重复计算,时间复杂度增高。

我们要保存好左右子树层数,避免重复计算,代码如下:

//二叉树的高度
int TreeHeight(TreeNode* root)
{if (root == NULL){return 0;}int left = TreeHeight(root->left);int right = TreeHeight(root->right);return  left>right ? left+1:right+1;
}

六、完全二叉树的判断

这里的思路利用了层序遍历,不同的是,将空节点指针也入队列,当我们遇到第一个空节点指针则退出循环,然后对队列进行检测,若第一个空节点指针以后全都是空,则为完全二叉树,反之,不为完全二叉树。

注:当在队列遇到第一个空节点指针时,二叉树中空节点指针之后所有非空节点指针全部进队列

思路解析图如下:

代码如下:

// 判断二叉树是否是完全二叉树
bool TreeComplete(TreeNode* root)
{Queue pq;QueueInit(&pq);if (root == NULL){QueueDestroy(&pq);return;}QueuePush(&pq, root);while (!QueueEmpty(&pq)){TreeNode* front = QueueFront(&pq);QueuePop(&pq);if (front == NULL){break;}QueuePush(&pq, front->left);QueuePush(&pq, front->right);}while (!QueueEmpty(&pq)){TreeNode* front = QueueFront(&pq);QueuePop(&pq);if (front != NULL){return false;}}QueueDestroy(&pq);return true;
}

 七、二叉树的销毁

7.1 一级指针传参销毁

同样的,和创建节点一样,我们给出俩个销毁方式:

(1)一种是传一级指针方式,这种方式不是改变根节点的指向,需要在销毁函数结束后,将root置为NULL

void TreeDestroy(TreeNode* root)//出来将root=NULL
{if (root == NULL){return;}TreeDestroy(root->left);TreeDestroy(root->right);free(root);}

7.2 二级指针传参销毁 

(2)另一种是传二级指针,直接在函数内部将每一个销毁的节点指针置为NULL.

void TreeDestroy(TreeNode** root)
{if (*root == NULL){return;}TreeDestroy(&(*root)->left);TreeDestroy(&(*root)->right);free(*root);*root = NULL;
}

 总结:本篇文章将二叉树的基础知识差不多囊括了,后续的话还需要大量练习做巩固加强,递归比较抽象难以理解,需要动手画递归展开图进行帮助理解。

希望大家阅读完可以有所收获,同时也感谢各位铁汁们的支持。文章有任何问题可以在评论区留言,百题一定会认真阅读!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/213372.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

TinyMPC - CMU (卡耐基梅隆大学)开源的机器人 MPC 控制器

系列文章目录 CasADi - 最优控制开源 Python/MATLAB 库 文章目录 系列文章目录前言一、机器人硬件对比1.1 Teensy 上的微控制器基准测试1.2 机器人硬件1.3 BibTeX 二、求解器三、功能(预期)3.1 高效3.2 鲁棒3.3 可嵌入式3.4 最小依赖性3.5 高效热启动3.…

【Linux系统编程】开发工具yum和vim

目录 一,yum工具的使用 1,yum的介绍 2,yum的使用 二,vim工具的开发 1,vim的介绍 2,模式的使用 3,vim配置文件 4,sudo配置文件 一,yum工具的使用 1,y…

BGP综合

1、使用PreVal策略,确保R4通过R2到达192.168.10.0/24。 2、使用AS_Path策略,确保R4迪过R3到达192.168.11.0/24。 3、配置MED策略,确保R4通过R3到达192.168.12.0/24。 4、使用Local Preference策略,确保R1通过R2到达192.168.1.0…

html动漫网页设计分享 紫罗兰永恒花园网页作业成品带视频,注册登录,表格,表单

html5静态网页设计要是用HTML DIVCSS JS等来完成页面的排版设计,一般的网页作业需要融入以下知识点:div布局、浮动、定位、高级css、表格、表单及验证、js轮播图、音频 视频 Flash的应用、ul li、下拉导航栏、鼠标划过效果等知识点,学生网页作业源码可以…

五、HotSpot细节实现

一、并发标记与三色标记 问题:三色标记到底发生在什么阶段,替代了什么。并发标记 1、并发标记( Concurrent Marking) 从 GC Root 开始对堆中对象进行可达性分析,递归扫描整个堆里的对象图,找出要回收的对象,这阶段耗…

回归预测 | MATLAB实现CNN-BiLSTM(卷积双向长短期记忆神经网络

效果一览 基本介绍 提出一种同时考虑时间与空间因素的卷积-双向长短期记忆( CNN-BiLSTM)模型,将具有空间局部特征提取能力的卷积神经网络(CNN)和具有能同时考虑前后方向长时间信息的双向长短期记忆&#xf…

PHP 二维码内容解析、二维码识别

目录 1.首先是一些错误的示例 2.正确示例 3.二维码解析 4.完整示例,含生成 5.代码执行结果 6.参考文档 1.首先是一些错误的示例 本示例使用的是php7.3 通过搜索各种结果逐个尝试以后,得出一个可使用版本 解析错误经历:vendor核心报错 …

springboot 极简案例

安装idea File -> New Project 选择依赖 创建controller文件 输入controller类名 输入代码 运行项目 访问 localhost:8080/hello/boot package com.example.demo;import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping; import org.springframework.web.…

WordCount 源码解析 Mapper,Reducer,Driver

创建包 com.nefu.mapreduce.wordcount ,开始编写 Mapper , Reducer , Driver 用户编写的程序分成三个部分: Mapper 、 Reducer 和 Driver 。 ( 1 ) Mapper 阶段 ➢ 用户自定义的 Mapper 要继承自己的父…

Java最全面试题专题---1、Java基础知识(3)

IO流 java 中 IO 流分为几种? 按照流的流向分,可以分为输入流和输出流;按照操作单元划分,可以划分为字节流和字符流;按照流的角色划分为节点流和处理流。 Java Io流共涉及40多个类,这些类看上去很杂乱,…

【uC/OS-II】

uC/OS-II 1. uC/OS-II1.1 代码组成1.2 任务基本概念1.3 任务控制块![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/23fe7cd390b94b7eb06a110b10165d22.png)1.4 任务的状态与切换1.5 任务创建的代码 2 任务2.1 系统任务2.2 任务管理相关函数2.3 任务基本属性2.4 uC/…

【Spring 源码】 贯穿 Bean 生命周期的核心类之 AbstractAutowireCapableBeanFactory

🚀 作者主页: 有来技术 🔥 开源项目: youlai-mall 🍃 vue3-element-admin 🍃 youlai-boot 🌺 仓库主页: Gitee 💫 Github 💫 GitCode 💖 欢迎点赞…

Qt基础-组件的添加、删除或更新

本文介绍如何在Qt中组件的添加、删除或更新。 概述 有时安装完qt后发现当前的组件需要进一步调整,这时就需要进一步操作安装的文件。 QT的组件管理软件并没有在开始菜单或者桌面添加快捷方式(5.9版本),也没有在代码编辑界面设置相关的选项,藏的比较深。 操作步骤 找到…

常见的中间件--消息队列中间件测试点

最近刷题,看到了有问中间件的题目,于是整理了一些中间件的知识,大多是在小破站上的笔记,仅供大家参考~ 主要分为七个部分来分享: 一、常见的中间件 二、什么是队列? 三、常见消息队列MQ的比较 四、队列…

百度APP iOS端包体积50M优化实践(七)编译器优化

一. 前言 百度APP iOS端包体积优化系列文章的前六篇重点介绍了包体积优化整体方案、图片优化、资源优化、代码优化、无用类优化、HEIC图片优化实践和无用方法清理,图片优化是从无用图片、Asset Catalog和HEIC格式三个角度做深度优化;资源优化包括大资源…

大数据技术4:Lambda和Kappa架构区别

前言:在大数据处理领域,两种突出的数据架构已成为处理大量数据的流行选择:Lambda 架构和 Kappa 架构。这些架构为实时处理和批处理提供了强大的技术解决方案,使组织能够从其数据中获得有价值的见解。随着互联网时代来临&#xff0…

金蝶 Apusic 应用服务器任意文件上传漏洞

声明 本文仅用于技术交流,请勿用于非法用途 由于传播、利用此文所提供的信息而造成的任何直接或者间接的后果及损失,均由使用者本人负责,文章作者不为此承担任何责任。 1. 产品介绍 金蝶 Apusic 是金蝶集团旗下的一款企业级应用服务器&#…

Apollo新版本Beta自动驾驶技术沙龙参会体验有感—百度自动驾驶开源框架

在繁忙的都市生活中,我们时常对未来的科技发展充满了好奇和期待。而近日,我有幸参加了一场引领科技潮流的线下技术沙龙,主题便是探索自动驾驶的魅力——一个让我们身临其境感受创新、了解技术巨擘的机会。 在12月2日我有幸参加了Apollo新版本…

c/c++中一些不常用但有用的知识

1.变长数组 bool fun(int cnt) {unsigned char data[cnt];return true; } 在 C 语言中,变长数组(Variable Length Arrays,VLA)是 C99 标准引入的特性,允许使用变量来定义数组的长度。因此,在 C 版本的代码…

【51单片机系列】74HC595实现对LED点阵的控制

本文是关于LED点阵的使用,使用74HC595模块实现对LED点阵的控制。 文章目录 一、8x8LED点阵的原理1.1 LED点阵显示原理1.2 LED点阵内部结构图1.3 开发板上的LED点阵原理图1.4 74HC595芯片 二、使用74HC595模块实现流水灯效果三、 使用74HC595模块控制LED点阵对角线亮…