数据结构-二叉树

树,是一种在实际编程中经常遇到的数据结构。它的逻辑很简单,除根节点之外,每个节点只有一个父节点,根节点没有父节点。除叶子节点之外所有节点都有一个或多个子节点,叶子节点没有子节点。父节点和子节点之间用指针链接。
二叉树,二叉树是树的一种特殊结构,在二叉树中每个节点最多只能有两个子节点。

一、特殊的二叉树及特点

1、斜树

所有的结点都只有左子树(左斜树),或者只有右子树(右斜树)。这就是斜树,应用较少

2、满二叉树

所有的分支结点都存在左子树和右子树,并且所有的叶子结点都在同一层上,这样就是满二叉树。就是完美圆满的意思,关键在于树的平衡。

根据满二叉树的定义,得到其特点为:
1 . 叶子只能出现在最下一层。
2 . 非叶子结点度一定是2.
3 . 在同样深度的二叉树中,满二叉树的结点个数最多,叶子树最多。

3、完全二叉树

对一棵具有n个结点的二叉树按层序排号,如果编号为i的结点与同样深度的满二叉树编号为i结点在二叉树中位置完全相同,就是完全二叉树。满二叉树必须是完全二叉树,反过来不一定成立。

结合完全二叉树定义得到其特点:
1 . 叶子结点只能出现在最下两层
2 . 最下层叶子结点一定集中在左 部连续位置。
3 . 倒数第二层,如有叶子节点,一定出现在右部连续位置。
4 . 同样结点树的二叉树,完全二叉树的深度最小(满二叉树也是对的)。

根据下图加深理解,什么时候是完全二叉树。

三、二叉树性质

1、一般二叉树性质

  • 在非空二叉树的i层上,至多有2i-1个节点(i>=1)。通过归纳法论证。
  • 在深度为K的二叉树上最多有2k-1个结点(k>=1)。通过归纳法论证。
  • 对于任何一棵非空的二叉树,如果叶节点个数为n0,度数为2的节点个数为n2,则有: n0 = n2 + 1。
    在一棵二叉树中,除了叶子结点(度为0)之外,就剩下度为2(n2)和1(n1)的结点了。则树的结点总数为T = n0+n1+n2;在二叉树中结点总数为T,而连线数为T-1.所以有:n0+n1+n2-1 = 2*n2 +n1;最后得到n0 = n2+1;

    上图中结点总数是10,n2为4,n1为1,n0为5。

2、完全二叉树性质

1. 具有n的结点的完全二叉树的深度为(log2n)+1,(向下取整)。

满二叉树是完全二叉树,对于深度为k的满二叉树中结点数量是2k-1 = n,完全二叉树结点数量肯定最多2k-1,同时完全二叉树倒数第二层肯定是满的(倒数第一层有结点,那么倒是第二层序号和满二叉树相同),所以完全二叉树的结点数最少大于少一层的满二叉树,为2k-1-1。

根据上面推断得出: 2k-1-1< n=<2k-1,因为结点数Nn为整数那么n<=2k-1可以推出n<=2k ,n>2k-1-1可以推出 n>=2k-1,所以2k-1<n<=2k 。即可得k-1<=log2n<k 而k作为整数因此k=[log2n]+1。

2.如果有一颗有n个节点的完全二叉树的节点按层次序编号,对任一层的节点i(1<=i<=n)有:
  • 如果i=1,则节点是二叉树的根,无双亲,如果i>1,则其双亲节点为[i/2],向下取整
  • 如果2i>n那么节点i没有左孩子,否则其左孩子为2i
  • 如果2i+1>n那么节点没有右孩子,否则右孩子为2i+1

在上图中验证
第一条:
当i=1时,为根节点。当i>1时,比如结点为7,他的双亲就是7/2= 3;结点9双亲为4.
第二条:
结点6,62 = 12>10,所以结点6无左孩子,是叶子结点。结点5,52 = 10,左孩子是10,结点4,为8.
第三条:
结点5,2*5+1>10,没有右孩子,结点4,则有右孩子。

四、二叉树的遍历

1.前序遍历

内容: 前序遍历首先访问根结点然后遍历左子树,最后遍历右子树。在遍历左、右子树时,仍然先访问根结点,然后遍历左子树,最后遍历右子树。


前序遍历

2.中序遍历

内容:中序遍历首先遍历左子树,然后访问根结点,最后遍历右子树。在遍历左、右子树时,仍然先遍历左子树,再访问根结点,最后遍历右子树。


中序遍历

3.后序遍历

内容:后序遍历首先遍历左子树,然后遍历右子树,最后访问根结点,在遍历左、右子树时,仍然先遍历左子树,然后遍历右子树,最后遍历根结点。


后序遍历
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