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五分钟“手撕”二叉树

时间:2024-06-11 23:34:13浏览次数:26  
标签:结点 遍历 TreeNode 五分钟 二叉树 return root

代码放开头,供大家查阅。

但是对于树来说,更重要的是理解树的概念,树的概念很多,题却是千篇一律,这篇博客详细的讲解了概念,看完必有很大的收获。 

目录

一、实现代码

二、什么是树

三、树的重要概念

四、什么是二叉树 

二叉树概念:

特殊的二叉树: 

1. 满二叉树:

2. 完全二叉树:

二叉树的性质 :

二叉树的存储:

五、二叉树的遍历  

六、二叉树的概念习题

概念计算 

遍历计算 

七、二叉树的常见操作


一、实现代码

package demo;

import java.util.*;

public class BinaryTree {
    class TreeNode{
        public char val;
        public TreeNode left;
        public TreeNode right;
        public TreeNode(char val) {
            this.val = val;
        }
    }
    public TreeNode root;
//简单创建二叉树
    public TreeNode creatTree(){
        TreeNode A=new TreeNode('A');
        TreeNode B=new TreeNode('B');
        TreeNode C=new TreeNode('C');
        TreeNode D=new TreeNode('D');
        TreeNode E=new TreeNode('E');
        TreeNode F=new TreeNode('F');
        TreeNode G=new TreeNode('G');
        TreeNode H=new TreeNode('H');
        A.left=B;
        A.right=C;
        B.left=D;
        B.right=E;
        C.left=F;
        C.right=G;
        D.left=H;
        root=A;
        return A;
    }


    // 前序遍历
    public void preOrder(TreeNode root){
        if(root==null){
            return;
        }
        System.out.print(root.val+" ");
        preOrder(root.left);
        preOrder(root.right);
    }
    // 中序遍历
    public void inOrder(TreeNode root){
        if(root==null){
            return;
        }inOrder(root.left);
        System.out.print(root.val+" ");
        inOrder(root.right);
    }
    // 后序遍历
    public void postOrder(TreeNode root){
        if(root==null){
            return;
        }postOrder(root.left);
        postOrder(root.right);
        System.out.print(root.val+" ");
    }

    // 获取树中节点的个数
    public int size(TreeNode root) {
        if(root==null){
            return 0;
        }
        int ret=size(root.left)+size(root.right)+1;
        return ret;
    }
    // 获取叶子节点的个数
    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);
    }
    // 获取第K层节点的个数
    public int getKLevelNodeCount(TreeNode root,int k) {
        if(root==null){
            return 0;
        }if(k==1){
            return 1;
        }return getKLevelNodeCount(root.left,k-1)+
                getKLevelNodeCount(root.right,k-1);
    }
    // 获取二叉树的高度
    public int getHeight(TreeNode root) {
        if(root==null){
            return 0;
        }
        int leftH=getHeight(root.left);
        int rightH=getHeight(root.right);
        return Math.max(leftH,rightH)+1;
    }
    // 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;
    }
//层序遍历
    public void levelOrder(TreeNode root){
        Queue<TreeNode> 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();
    }
    // 判断一棵树是不是完全二叉树
    public boolean isCompleteTree(TreeNode root){
        Queue<TreeNode> 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.poll();
            if(node!=null){
                return false;
            }else{
                queue.poll();
            }
        }
        return true;
    }
}

在二叉树中,实现代码基本上都是利用递归的形式书写,代码简单,但是理解起来不容易,需要对树的概念熟悉运用! 

二、什么是树

树是一种非线性的数据结构,它是由n(n>=0)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做树是因为它看起来像一棵倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。

那些算树?哪些不算树?

树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构 

以上都不算树,总结:

子树是不相交的

除了根节点外,其他节点有且仅有一个父节点

一颗有N个节点的树,它一共有N-1条边

三、树的重要概念

这些概念就跟我们家庭一样,孩子为子树,父亲为父树,兄弟为同辈的树。。。 

结点的度:度就是有多少个孩子; 如上图:A的度为3

树的度:最大的度; 如上图:树的度为3

叶子结点或终端结点:没有孩子就是叶结点; 如上图:K、L、F、G、M、I、J节点为叶结点

双亲结点或父结点:有孩子的节点就是父结点; 如上图:A是B的父结点

孩子结点或子结点:有父亲的结点就是子结点;如上图:B是A的孩子结点

根结点:一棵树中,没有双亲结点的结点;如上图:A

结点的层次:从根开始定义起,根为第1层,根的子结点为第2层,以此类推

树的深度:从下往上数,结点有多少层;如上图:E的深度是2,B的深度是4

树的高度:树中结点的最大层次或深度; 如上图:树的高度为4

树的以下概念只需了解,在看书时只要知道是什么意思即可:

非终端结点或分支结点:有孩子的节点; 如上图:ABCDEH等节点为分支结点

兄弟结点:具有相同父结点的结点互称为兄弟结点; 如上图:B、C是兄弟结点

堂兄弟结点:双亲在同一层的结点互为堂兄弟;如上图:F、G互为兄弟结点

结点的祖先:从根到该结点所经分支上的所有结点;如上图:A是所有结点的祖先

子孙:以某结点为根的子树中任一结点都称为该结点的子孙。如上图:所有结点都是A的子孙

森林:由m(m>=0)棵互不相交的树组成的集合称为森林 

树的应用 

文件系统管理(目录与文件)

四、什么是二叉树 

二叉树概念:

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:

当然,我们大自然也有二叉树:

特殊的二叉树: 

1. 满二叉树:

一棵二叉树,如果每层的结点数都达到最大值(2个),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 ,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。 

二叉树的性质 :

1. 若规定根结点的层数为1,则一棵非空二叉树第i层上最多有2^i-1(i>0)个结点

2. 若规定只有根结点的二叉树的深度为1,则深度为K的二叉树的最大结点数是2^k-1 (k>=0)

3. 对任何一棵二叉树, 如果其叶结点个数为 n0, 度为2的非叶结点个数为 n2,则有n0=n2+1

4. 具有n个结点的完全二叉树的深度k为\log_{2}(n+1) 上取整

5. 对于具有n个结点的完全二叉树,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 的结点有

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

二叉树的存储:

二叉树的存储结构分为:顺序存储和类似于链表的链式存储

这里采用链式存储,二叉树的链式存储是通过一个一个的节点引用起来的,常见的表示方式有二叉和三叉表示方式,具体如下: 

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
}

五、二叉树的遍历  

有三种遍历方式:前序遍历、中序遍历、后序遍历 

  • NLR:前序遍历(Preorder Traversal)——访问根结点--->根的左子树--->根的右子树。
  • LNR:中序遍历(Inorder Traversal)——根的左子树--->根节点--->根的右子树。
  • LRN:后序遍历(Postorder Traversal)——根的左子树--->根的右子树--->根节点。 

前序遍历:根据 根、左、右 的顺序遍历 

如图:(走过的不重复走)

先遍历根,A这个根走完,走B(这时B是一个独立的树,就是A的左),走完根B,为D(B的左),G(D的左,这时D的左子树走完了,走D右子树),走H(这时A的左子树都走完了,回来到C,也就是A的右)根C走完,走E(C的左),走I(E的左,这时走完E的左,右没有直接返回到E),回来C走G(C的左子树)

中序遍历:根据 左、根、右 的顺序遍历 

如图:(走过的不重复走)G、D、E、B、A、I、E、C、G(图中应该是I前于E被遍历)

先遍历左,一直找左子树(A的左是B,但是B还有左是D,D的左又是G)所以先走G,走D(走完左G,就是走根,根是D),走完根D,走E(D的右,根左右),回来走B(A的左走完了,走根A),走I(先走左),走E(根),最后回来走C(右最后遍历)

后序遍历:根据 左、右、根 的顺序遍历 

 同理:(走过的不重复走)

G、H、D、B、I、E、G、C、A 

除此之外。还有层序遍历

层序遍历:除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外,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。 相当于按顺序遍历。

 

六、二叉树的概念习题

概念计算 

第一题 

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 199 

答案选:B,因为n0=n2+1,叶子节点=199+1=200。

第二题

2.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/2  

答案选: A,若节点为偶数,则只有一个节点的节点n1=1,若节点为奇数,n1=0;因为除了根节点,其他都是配对的。所以n0+1+n2=2n,n2=n0-1,所以n0+1+n0-1=2n。解得n0=n。

第三题 

3.一个具有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 386 

 答案选:B,与上题同理,奇数的话n1=0,所以n0+n0-1=767,解得n0=384。

第四题 

4.一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 

 答案选:B,具有n个结点的完全二叉树的深度k为\log_{2}(n+1) 上取整,log_{2}532=k,若取9不够,取10超了,我们取超了的10(宁可多,不可漏)。

遍历计算 

第五题 

5.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: HDEBFGCA 

 答案选:A,完全二叉树就是从左往右依次排满2个,层序遍历从上往下,从左往右数。

第六题 

 6.二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: H

 答案选:A,先序遍历是根左右,所以第一个遍历的节点就是根。

第七题 

7.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: abcde 

 答案选:D,先通过后序确定根的位置,根为a;所以在中序中,a的左边为左子树,右边为右子树,b是左根,dce是右根。其次后续的第二个根为c,c的左边(d)为左子树,右边(e)为右子树。

第八题 

8.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

答案选:A ,后序遍历确定根为F,左边(ABCDE)为左子树,同理下一根为E,左边(ABCD)为左子树,依次可得,这棵树只有左子树,按FEDCBA的顺序。

标签:结点,遍历,TreeNode,五分钟,二叉树,return,root
From: https://blog.csdn.net/2301_80958683/article/details/139552167

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