南京邮电大学算法设计-二叉树先序遍历算法动态演示

二叉树先序遍历算法动态演示

一、课题内容和要求

(1)实验目的:

本实验通过手动输入二叉树结点信息,构建相应的二叉树,并通过图形化界面动态演示先序遍历算法的过程。通过本次实验,我可以深入理解二叉树的数据结构、先序遍历算法的原理,并掌握基本的图形用户界面开发技能。

(2)课程的基本内容包括:

1.二叉树的基本概念:二叉树是一种非线性数据结构,其中每个节点最多有两个子节点,分别称为左子节点和右子节点。

2.二叉树的性质:了解二叉树的基本性质,如第i层上的节点数最多为2的(i-1)次幂个,深度为k的二叉树最多有2的k – 1次幂个节点等知识。

先序遍历算法的定义:先序遍历是一种树的遍历方式,按照“根-左-右”的顺序访问二叉树中的每一个节点。

3.先序遍历的实现方法:学习并实现先序遍历的递归和迭代方法。递归方法通过函数调用自身来实现,而迭代方法则通常使用栈来模拟递归过程。

4.图形化用户界面(GUI)开发:选择合适的GUI框架进行开发,如Python的Tkinter、Java的Swing或JFX、C#的Windows Forms等。基本操作包括掌握创建窗口、添加控件、处理事件等基本操作。

(3)实验要求

1.实现简答的输入处理

2.用户界面:设计一个友好的用户界面,允许用户手动输入二叉树的节点信息,包括节点值及其左右子节点的关系。还应当包括输入验证实现输入验证功能,确保用户输入的二叉树结构合法,避免非法输入导致程序错误。

3.二叉树构建:根据用户输入的数据,解析并构建二叉树。确保每个节点的连接关系正确无误。使用合适的数据结构(如类或结构体)来表示二叉树节点,支持节点的增删改查操作。

4.先序遍历动态演示:

利用遍历算法实现先序遍历算法,确保能够正确遍历二叉树的所有节点。想要实现动态演示的效果,在图形界面上动态显示先序遍历的过程。可以采用动画形式,如高亮显示当前访问的节点,用箭头指示访问路径。

本课题目标的功能框架图如图所示。

图表 29 先序遍历动态演示功能框架图

二、数据结构说明

(1)二叉树节点类 TreeNode

class TreeNode:

    def __init__(self, x):

        self.val = x

        self.left = None

        self.right = None

TreeNode类表示二叉树的一个节点。Val表示节点的值,left指向左子节点的引用,right:指向右子节点的引用。

(2)构建二叉树的函数 build_tree

def build_tree(nodes, index=0):

    if index >= len(nodes) or nodes[index] is None:

        return None

    node = TreeNode(nodes[index])

    node.left = build_tree(nodes, 2 * index + 1)

    node.right = build_tree(nodes, 2 * index + 2)

    return node

build_tree函数根据输入的节点列表构建二叉树。Nodes为一个包含节点值的列表,None表示空节点。Index为当前处理的节点索引,默认为0(根节点)。递归地构建左子树和右子树,返回构建好的二叉树的根节点。

  • 算法设计

该实验设计中涉及了两种主要的算法:二叉树的构建和先序遍历。首先,通过递归函数 build_tree 根据用户输入的节点值列表构建二叉树。该函数从根节点开始,递归地创建左子树和右子树,直到所有节点都处理完毕。接着,通过递归函数 preorder_traversal 实现二叉树的先序遍历,并在图形用户界面上动态显示遍历过程。在遍历过程中,每次访问一个节点时,会在画布上绘制该节点的图形,并用线条连接父节点和子节点,同时在画布上显示已访问节点的路径。整个过程通过暂停和更新画布来实现动态效果,使用户能够清晰地看到先序遍历的每一步操作。

四、详细设计

(1)二叉树的构建:

二叉树的构建是通过递归函数 build_tree 实现的。该函数根据用户输入的节点值列表构建二叉树。具体来说,函数从根节点开始,递归地创建左子树和右子树,直到所有节点都处理完毕。以下是详细的实现步骤:

  1. 基本情况

如果当前索引 index 超出列表长度或当前索引对应的值为 None,则返回 None,表示当前节点为空。

  1. 创建节点

创建一个新的 TreeNode 对象,其值为当前索引对应的值。

  1. 递归构建左子树

递归调用 build_tree 函数,传入左子节点的索引 2 * index + 1,并将返回的节点赋值给当前节点的 left 属性。

  1. 递归构建右子树

递归调用 build_tree 函数,传入右子节点的索引 2 * index + 2,并将返回的节点赋值给当前节点的 right 属性。

  1. 返回节点

返回创建的节点,作为当前子树的根节点。

程序清单3  二叉树的构建

def build_tree(nodes, index=0):

    if index >= len(nodes) or nodes[index] is None:

        return None

    node = TreeNode(nodes[index])

    node.left = build_tree(nodes, 2 * index + 1)

    node.right = build_tree(nodes, 2 * index + 2)

    return node

(2)二叉树的先序遍历:

先序遍历是二叉树的一种遍历方式,按照“根-左-右”的顺序访问二叉树中的每一个节点。在该实验中,通过递归函数 preorder_traversal 实现先序遍历,并在图形用户界面上动态显示遍历过程。以下是详细的实现步骤:

  1. 基本情况

如果当前节点为 None,则直接返回,表示当前子树遍历结束。

  1. 访问当前节点

在画布上绘制当前节点的圆圈和节点值。将当前节点的值添加到已访问列表中。在画布上显示已访问路径,使用红色字体显示节点值之间的连接。更新画布并暂停1秒,以便用户观察遍历过程。

3.递归遍历左子树

如果当前节点有左子节点,在画布上绘制一条从当前节点到左子节点的蓝色连线。

递归调用 preorder_traversal 函数,传入左子节点的坐标和新的偏移量。

4.递归遍历右子树:

如果当前节点有右子节点,在画布上绘制一条从当前节点到右子节点的蓝色连线。

递归调用 preorder_traversal 函数,传入右子节点的坐标和新的偏移量。

程序清单4  二叉树的先序遍历

def preorder_traversal(node, canvas, x, y, dx, dy, visited=[]):

    if not node:

        return

    # 访问当前节点

    canvas.create_oval(x - 15, y - 15, x + 15, y + 15, fill="yellow")

    canvas.create_text(x, y, text=str(node.val), fill="black", font=('Helvetica', '16'))

    visited.append(str(node.val))

    # 显示访问路径

    canvas.create_text(2000, 100, text="->".join(visited), fill="red", font=('Helvetica', '12'))

    canvas.update()

    canvas.after(1000)  # 暂停1秒

    # 遍历左子树

    if node.left:

        canvas.create_line(x, y, x - dx, y + dy, fill="blue")

        preorder_traversal(node.left, canvas, x - dx, y + dy, dx // 2, dy, visited)

    # 遍历右子树

    if node.right:

        canvas.create_line(x, y, x + dx, y + dy, fill="blue")

        preorder_traversal(node.right, canvas, x + dx, y + dy, dx // 2, dy, visited)

五、测试数据及其结果分析

以下是对于程序的测试分析,当运行程序,屏幕窗口出现一块白色画布和一个对话窗要求我们依次输入节点内容,如下图所示:

图表 30先序遍历测试展示1

依次输入测试的节点值的大小,点击ok即运行,点击cancel则退出程序。

图表 31先序遍历测试展示2

结果将依次在画布中显示各个节点,报告中截取三个过程:

图表 32先序遍历测试展示3

图表 33先序遍历测试展示4

图表 34先序遍历测试展示5

六、算法设计和程序调试过程中的问题

问题一:用户在输入二叉树节点值时,可能会输入不符合预期的格式,例如输入了非数字字符、格式不正确的空节点表示等,导致程序无法正确构建二叉树。

解决方法:在用户输入节点值后,进行严格的格式验证。确保输入的每个值要么是整数,要么是表示空节点的字符串(如 "None")。可以使用正则表达式或其他验证方法来检查输入的合法性。如果输入格式不正确,弹出错误提示框,告知用户正确的输入格式,并要求重新输入。

问题二:如果二叉树的节点数量较多,或者节点之间的距离设置不合理,可能会导致画布空间不足,节点和连接线重叠,影响可视化效果。

解决方法:动态调整画布大小:根据输入的节点数量动态调整画布的大小,确保所有节点都能在画布上显示。合理设置节点之间的距离,避免节点和连接线的重叠。可以使用递归或迭代的方法计算每个节点的最佳位置。

问题三:先序遍历的动态演示过程中,如果暂停时间设置不当,可能会导致演示速度过快或过慢,影响用户体验。

解决方法:用户可调节速度:在界面上添加一个滑动条或下拉菜单,允许用户选择演示的速度。根据用户的选择调整 canvas.after 中的暂停时间。设置一个合理的默认暂停时间,确保大多数情况下演示速度适中。

七、课程设计总结

二叉树先序遍历动态演示

本次课程围绕二叉树的构建与可视化展开,旨在通过实践加深对二叉树数据结构的理解。我们首先探讨了如何从用户输入的数据构建二叉树,包括处理用户输入的格式错误,确保程序能够稳定运行。接着,我们学习了如何利用Python的Tkinter库创建图形界面,并在画布上动态地展示二叉树的结构,这不仅增强了理论知识的实际应用,也提高了编程技能。

在解决实际问题的过程中,遇到了几个挑战,比如画布空间不足、动态演示速度控制等。针对这些问题,我们讨论并实施了相应的解决方案,如动态调整画布大小、优化节点布局以及提供用户可调节的演示速度,这些都极大地改善了最终的应用体验。通过本课程的学习不仅掌握了二叉树的基本概念及其操作,还学会了如何运用图形化界面技术实现数据结构的可视化,这对于理解复杂数据结构和算法有着重要的意义。

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/475737.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

大数据挖掘期末复习

大数据挖掘 数据挖掘 数据挖掘定义 技术层面: 数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中,提取隐含在其中、人们事先不知道的、但又潜在有用的信息的过程。 数据准备环节 数据选择 质量分析 数据预处理 数据仓库 …

【Anomaly Detection论文阅读记录】Resnet网络与WideResNet网络

Resnet网络 网络结构:(层数计算不包括max pool、average pool、softmax等操作) 层数计算(以Resnet-18为例子): conv1conv2_xconv3_xconv4_xconv5_xfc1(22)(22)(22)(22)118 WideResNet网络 WideResNet提出了一种新的体系结构&#…

基于YOLOv8深度学习的汽车车身车损检测系统研究与实现(PyQt5界面+数据集+训练代码)

本文研究并实现了一种基于YOLOV8深度学习模型的汽车车身车损检测系统,旨在解决传统车损检测中效率低、精度不高的问题。该系统利用YOLOV8的目标检测能力,在单张图像上实现了车身损坏区域的精确识别和分类,尤其是在车身凹痕、车身裂纹和车身划…

【前端学习笔记】Javascript学习二(运算符、数组、函数)

一、运算符 运算符(operator)也被称为操作符,是用于实现赋值、比较和执行算数运算等功能的符号。 JavaScript中常用的运算符有: 算数运算符、递增和递减运算符、比较运算符、逻辑运算符、赋值运算符 算数运算符: 、-…

python实战案例----使用 PyQt5 构建简单的 HTTP 接口测试工具

python实战案例----使用 PyQt5 构建简单的 HTTP 接口测试工具 文章目录 python实战案例----使用 PyQt5 构建简单的 HTTP 接口测试工具项目背景技术栈用户界面核心功能实现结果展示完整代码总结 在现代软件开发中,测试接口的有效性与响应情况变得尤为重要。本文将指导…

网络安全之信息收集-实战-1

请注意,本文仅供合法和授权的渗透测试使用,任何未经授权的活动都是违法的。 实战:补天公益src“吉林通用航空职业技术学院” 奇安信|用户登录https://www.butian.net/Loo/submit?cid64918 域名或ip:https://www.jlth…

鸿蒙实战:使用隐式Want启动Ability

文章目录 1. 实战概述2. 实现步骤2.1 创建鸿蒙应用项目2.2 修改Index.ets代码2.3 创建LuzhouAbility2.4 创建Luzhou页面2.5 设置模块配置文件 3. 测试效果4. 实战总结 1. 实战概述 本次鸿蒙应用实战,先创建项目“ImplicitWantStartAbility”,接着修改In…

STM32低功耗设计NFC与无线距离感应智能钥匙扣-分享

目录 目录 前言 一、本设计主要实现哪些很“开门”功能? 二、电路设计原理图 1.电路图采用Altium Designer进行设计: 2.实物展示图片 三、程序源代码设计 四、获取资料内容 前言 智能钥匙扣作为一种小巧而实用的智能设备,凭借其便携性…

【Node.js】Node.js 和浏览器之间的差异

Node.js 是一个强大的运行时环境,它在现代 JavaScript 开发中扮演着重要角色。然而,许多开发者在使用 Node.js 时常常会感到困惑,尤其是与浏览器环境的对比。本文将深入探讨 Node.js 和浏览器之间的差异,帮助你全面理解两者的设计…

qt之telnet连接目标设备在线调试功能

一、前言 在QT下使用telnet连接目标设备,进行在线命令调试,也可配合ftp或ssh使用。 telnet某些库在qt5下不可用,无法获取登录信息,只能获取到连接信息,这里我用自己的方式判断是否成功登录 二、环境 window qt5.7…

小熊派Nano接入华为云

一、华为云IoTDA创建产品 创建如下服务,并添加对应的属性和命令。 二、小熊派接入 根据小熊派官方示例代码D6完成了小熊派接入华为云并实现属性上传命令下发。源码:小熊派开源社区/BearPi-HM_Nano 1. MQTT连接代码分析 这部分代码在oc_mqtt.c和oc_mq…

Hbuilder X/Uniapp 关于app运行调试及mumu模拟器运行问题

Hbuilder X 关于app调试问题及mumu模拟器链接问题 Hbuilder 关于app调试问题1. app运行配置2. adb路径配置3. 模拟器端口查询4. 运行 Hbuilder 关于app调试问题 1. app运行配置 Hbuilder > 工具 > 设置 > 运行配置 adb路径配置(见2) Android模…

MySQL-关键字执行顺序

&#x1f496;简介 在MySQL中&#xff0c;SQL查询语句的执行遵循一定的逻辑顺序&#xff0c;即使这些关键字在SQL语句中的物理排列可能有所不同。 &#x1f31f;语句顺序 (8) SELECT (9) DISTINCT<select_list> (1) FROM <left_table> (3) <join_type> JO…

【SpringBoot】26 实体映射工具(MapStruct)

Gitee 仓库 https://gitee.com/Lin_DH/system 介绍 现状 为了让应用程序的代码更易于维护&#xff0c;通常会将项目进行分层。在《阿里巴巴 Java 开发手册》中&#xff0c;推荐分层如下图所示&#xff1a; 每层都有对应的领域模型&#xff0c;即不同类型的 Bean。 DO&…

RPC-健康检测机制

什么是健康检测&#xff1f; 在真实环境中服务提供方是以一个集群的方式提供服务&#xff0c;这对于服务调用方来说&#xff0c;就是一个接口会有多个服务提供方同时提供服务&#xff0c;调用方在每次发起请求的时候都可以拿到一个可用的连接。 健康检测&#xff0c;能帮助从连…

Enterprise Architect 16 下载、安装与无限30天操作

文章目录 Enterprise Architect 16 简介&#xff08;一&#xff09;支持多种建模语言和标准&#xff08;二&#xff09;强大的版本控制、协作和文档管理功能&#xff08;三&#xff09;增强的技术和用户体验&#xff08;四&#xff09;高级功能和扩展性 一&#xff0c;下载软件…

小程序租赁系统开发为企业提供高效便捷的租赁服务解决方案

内容概要 在这个数字化飞速发展的时代&#xff0c;小程序租赁系统应运而生&#xff0c;成为企业管理租赁业务的一种新选择。随着移动互联网的普及&#xff0c;越来越多的企业开始关注如何利用小程序来提高租赁服务的效率和便捷性。小程序不仅可以为用户提供一个快速、易用的平…

定时器的小应用

第一个项目 第一步&#xff0c;RCC开启时钟&#xff0c;这个基本上每个代码都是第一步&#xff0c;不用多想&#xff0c;在这里打开时钟后&#xff0c;定时器的基准时钟和整个外设的工作时钟就都会同时打开了 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);第二步&…

JVM--内存结构

目录 1. PC Register&#xff08;程序计数器&#xff09; 1.1 定义 1.2 工作原理 1.3 特点 1.4 应用 2.虚拟机栈 2.1定义与特性 2.2内存模型 2.3工作原理 2.4异常处理 2.5应用场景 2.6 Slot 复用 2.7 动态链接详解 1. 栈帧与动态链接 动态链接的作用&#xff1a…

一文读懂Redis6的--bigkeys选项源码以及redis-bigkey-online项目介绍

一文读懂Redis6的--bigkeys选项源码以及redis-bigkey-online项目介绍 本文分为两个部分&#xff0c;第一是详细讲解Redis6的--bigkeys选项相关源码是怎样实现的&#xff0c;第二部分为自己对--bigkeys源码的优化项目redis-bigkey-online的介绍。redis-bigkey-online是自己开发的…