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樹型結構

定義

樹是遞迴定義的。

一棵樹是由n(n>0)個元素組成的有限集合,其中每個元素稱為結點(node),有一個特定的結點,稱為樹根(root),除根結點外,其餘結點能分成m(m>=0)個互不相交的有限集合T0,T1,T2,……Tm-1,其中的每個子集又都是一棵樹,這些集合稱為這棵樹的子樹。

如圖是一棵樹:

一棵樹中至少有1個結點,即根結點。

一個結點的子樹個數,稱為這個結點的度(如結點1的度為3,結點3的度為0)。

度為0的結點稱為葉結點(leaf)(如結點3、5、6、8、9)。

樹中各結點的度的最大值稱為這棵樹的度(此樹的度為3)。

上端結點為下端結點的父結點,稱同一個父結點的多個子結點為兄弟結點(如結點1是結點2、3、4的父結點,結點 2、3、4是結點1的子結點,它們又是兄弟結點)。

遍歷

樹結構解決問題時,按照某種次序獲得樹中全部結點的資訊,這種操作叫作樹的遍歷。

先序(根)遍歷

先訪問根結點,再從左到右按照先序思想遍歷各棵子樹(如,上圖先序遍歷的結果為125634789)。

後序(根)遍歷

先從左到右遍歷各棵子樹,再訪問根結點(如,上圖後序遍歷的結果為562389741)。

層次遍歷

按層次從小到大逐個訪問,同一層次按照從左到右的次序(如,上圖層次遍歷的結果為123456789)。

葉結點遍歷

即從左到右遍歷所有葉節點(如,上圖葉節點遍歷的結果為56389)。

 

二叉樹

二叉樹是一種特殊的樹型結構,它是度數為2的樹,即二叉樹的每個結點最多有兩個子結點。

每個結點的子結點分別稱為左兒子、右兒子。

五種基本形態

性質

性質一

二叉樹的第i層最多有2i-1個結點(i>=1)(可用二進位制性質解釋。)。

性質二

深度為k的二叉樹至多有2k–1個結點(k>=1)。

性質三

任意一棵二叉樹,如果其葉結點數為n0,度為2的結點數為n2,則一定滿足:n0=n2+1。

性質四

有n個結點的完全二叉樹的深度為floor(log2n)+1。

性質五

一棵n個結點的完全二叉樹,對任一個結點(編號為i),有:如果i=1,則結點i為根,無父結點;如果i>1,則其父結點編號為floor(i/2),如果i為父節點編號,那麼2*i是左孩子,2*i+1是右孩子。

圖A-滿二叉樹


圖B-完全二叉樹

編號示意圖

遍歷

二叉樹的遍歷是指按一定的規律和次序訪問樹中的各個結點。

遍歷一般按照從左到右的順序,共有3種遍歷方法,先(根)序遍歷,中(根)序遍歷,後(根)序遍歷。

先序遍歷

若二叉樹為空,則空操作,否則:

訪問根結點、先序遍歷左子樹、先序遍歷右子樹

void preorder(tree bt)//先序遞迴演算法
{
    if(bt)
    {  
        cout << bt->data;
        preorder(bt->lchild);
        preorder(bt->rchild);
    }
}

先序遍歷此圖結果為:124753689

中序遍歷

若二叉樹為空,則空操作,否則:                         

中序遍歷左子樹、訪問根結點、中序遍歷右子樹

void inorder(tree bt)//中序遍歷遞迴演算法
{
    if(bt)
    {  
        inorder(bt->lchild);
        cout << bt->data;
        inorder(bt->rchild);
    }
}

中序遍歷上圖結果為:742513869

後序遍歷

若二叉樹為空,則空操作,否則:

後序遍歷左子樹、後序遍歷右子樹、訪問根結點

void postorder(tree bt)//後序遞迴演算法
{
    if(bt)
    {  
        postorder(bt->lchild);
        postorder(bt->rchild);
        cout << bt->data;
    }
}

後序遍歷上圖結果為:745289631

已知先序序列和中序序列可唯一確定一棵二叉樹;

已知中序序列和後序序列可唯一確定一棵二叉樹;

已知先序序列和後序序列不可唯一確定一棵二叉樹;

二叉樹操作(建樹、刪除、輸出

普通樹轉二叉樹

由於二叉樹是有序的,而且操作和應用更廣泛,所以在實際使用時,我們經常把普通樹轉換成二叉樹進行操作。

通用法則:“左孩子,右兄弟”

建樹

刪除樹

插入一個結點到排序二叉樹中

在排序二叉樹中查詢一個數

 

相關題目

擴充套件二叉樹

由於先序、中序和後序序列中的任一個都不能唯一確定一棵二叉樹,所以對二叉樹做如下處理,將二叉樹的空結點用“.”補齊,稱為原二叉樹的擴充套件二叉樹,擴充套件二叉樹的先序和後序序列能唯一確定其二叉樹。

現給出擴充套件二叉樹的先序序列,要求輸出其中序和後序序列。

輸入樣例:

ABD..EF..G..C..

輸出樣例:

DBFEGAC

DFGEBCA

 

 

 

 

二叉樹的建立和輸出

以二叉連結串列作儲存結構,建立一棵二叉樹,並輸出該二叉樹的先序、中序、後序遍歷序列、高度和結點總數。

輸入樣例:

12##3##  

//#為空

輸出樣例:

123 

//先序排列

213 

//中序排列

231 

//後序排列

2  

//高度

3  

//結點總數

 

 

因為本蒟蒻不太會用指標,所以自己寫了一個不帶指標的QwQ

#include<iostream>
#include<cstdio>
#define ll long long
using namespace std;

int top,maxh;
char s;

struct t{
	int data,father,lson=0,rson=0,h=0;
}tree[100005];

void build(int father,bool right){
	cin>>s;
	if(s=='\n')
	return;
	if(s!='#'){
		++top;
		int t=top;
		tree[t].father=father;
		tree[t].data=s-'0';
		tree[t].h=tree[father].h+1;
		maxh=max(tree[t].h,maxh);
		
		if(right==1)
		tree[father].rson=t;
		else
		tree[father].lson=t;
		
		build(t,0);
		build(t,1);
	}
	else return;
}

void xian(int now){
	cout<<tree[now].data;
	if(tree[now].lson!=0)
	xian(tree[now].lson);
	if(tree[now].rson!=0)
	xian(tree[now].rson);
}

void zhong(int now){
	if(tree[now].lson!=0)
	zhong(tree[now].lson);
	cout<<tree[now].data;
	if(tree[now].rson!=0)
	zhong(tree[now].rson);
}

void hou(int now){
	if(tree[now].lson!=0)
	hou(tree[now].lson);
	if(tree[now].rson!=0)
	hou(tree[now].rson);
	cout<<tree[now].data;
}

int main(){
	build(0,0);
//	for(int i=1;i<=top;i++){
//		cout<<tree[i].data<<' '<<tree[i].father<<' ';
//		cout<<tree[i].lson<<' '<<tree[i].rson<<' ';
//		cout<<tree[i].h<<endl;;
//	}
	xian(1);
	cout<<'\n';
	zhong(1);
	cout<<'\n';
	hou(1);
	cout<<'\n';
	cout<<maxh<<'\n'<<top<<'\n';
	return 0;
}

P1030 求先序排列

給出一棵二叉樹的中序與後序排列。求出它的先序排列。(約定樹結點用不同的大寫字母表示,長度<=8)。

輸入:

2行,均為大寫字母組成的字串,表示一棵二叉樹的中序與 後序排列。

輸出:

1行,表示一棵二叉樹的先序。

輸入樣例:

BADC

BDCA

輸出樣例:

ABCD

分析
中序為BADC,後序為BDCA,所以A為根結點,B、DC分別為左右子樹的中序序列,B、DC分別為左右子樹的後序序列。然後再遞迴處理中序為B,後序為B的子樹和中序為DC,後序為DC的子樹。

求後序排列

輸入:

二叉樹的前序序列與中序序列

輸出:

二叉樹的後序序列

樣例輸入:

abcdefg

cbdafeg

樣例輸出:

cdbfgea

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#define ll long long
using namespace std;
char qian[100005],zhong[100005];
int q[100005],z[100005],a[100005],cnt=0;
void find(int start,int end){
	if(start>end){
		return;
	}
	cnt++;
	if(start==end){
		cout<<char(z[q[cnt]]+'a'-1);
		return;
	}
	int t=cnt;
	find(start,q[t]-1);
	find(q[t]+1,end);
	cout<<char(z[q[t]]+'a'-1);
}
int main(){
	cin>>qian>>zhong;
	int len=strlen(qian);
	for(int i=0;i<len;i++){
		a[zhong[i]-'a']=i;
	}
	for(int i=0;i<len;i++){
		z[i+1]=zhong[i]-'a'+1;
		q[i+1]=a[qian[i]-'a']+1;
	}
	find(1,strlen(qian));
	return 0;
}

因為有人說我的程式碼不清楚,所以又寫了一個版本QwQ

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#define ll long long
using namespace std;
char qian[100005],zhong[100005];
int q[100005],z[100005],a[100005],cnt=0;
void find(int start,int end){
//	cout<<endl<<'*'<<start<<' '<<end<<'*'<<endl;
	if(start>end){
		return;
	}
	cnt++;
	if(start==end){
		cout<<char(z[q[cnt]]+'a'-1);
		return;
	}
	int t=cnt;
	find(start,q[t]-1);
	find(q[t]+1,end);
	cout<<char(z[q[t]]+'a'-1);
}
int main(){
//	cin>>qian+1>>zhong+1;
	scanf("%s%s",qian+1,zhong+1);
	int len=strlen(qian+1);
	for(int i=1;i<=len;i++){
		a[zhong[i]-'a']=i;
	}
	for(int i=1;i<=len;i++){
		z[i]=zhong[i]-'a'+1;
		q[i]=a[qian[i]-'a'];
	}
	find(1,len);
	return 0;
}

補充

表示式樹

關於表示式樹,我們可以分別用先序、中序、後序的遍歷方法得出完全不同的遍歷結果,如,對於下圖的遍歷結果如下,它們對應著表示式的3種表示方法。

-+a*b-cd/ef  (字首表示、波蘭式)

a+b*(c-d)-e/f  (中綴表示)

abcd-*+ef/-  (字尾表示、逆波蘭式)

哈夫曼樹

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