二叉搜索树(递归实现)

#include <iostream>
#include <queue>
#include <cassert>

using namespace std;

template <typename Key, typename Value>
class BST{

private:
    struct Node{
        Key key;
        Value value;
        Node *left;
        Node *right;

        Node(Key key, Value value){
            this->key = key;
            this->value = value;
            this->left = this->right = NULL;
        }

        Node(Node *node){
            this->key = node->key;
            this->value = node->value;
            this->left = node->left;
            this->right = node->right;
        }
    };

    Node *root;
    int count;

public:
    BST(){
        root = NULL;
        count = 0;
    }
    ~BST(){
        destroy( root );
    }

    int size(){
        return count;
    }

    bool isEmpty(){
        return count == 0;
    }


int main() {

    srand(time(NULL));
    BST<int,int> bst = BST<int,int>();

    int n = 10000;
    for( int i = 0 ; i < n ; i ++ ){
        int key = rand()%n;
        // 为了后续测试方便,这里value值取和key值一样
        int value = key;
        //cout<<key<<" ";
        bst.insert(key,value);
    }

    // test remove
    // remove elements in random order
    int order[n];
    for( int i = 0 ; i < n ; i ++ )
        order[i] = i;
    shuffle( order , n );

    for( int i = 0 ; i < n ; i ++ )
        if( bst.contain( order[i] )){
            bst.remove( order[i] );
            cout<<"After remove "<<order[i]<<" size = "<<bst.size()<<endl;
        }

    return 0;
}

1. 插入insert

public:
void insert(Key key, Value value){
     root = insert(root, key, value);
}

private:
// 向以node为根的二叉搜索树中,插入节点(key, value)
// 返回插入新节点后的二叉搜索树的根
Node* insert(Node *node, Key key, Value value){

    if( node == NULL ){      // 如果节点为空,就在此节点处加入x信息
        count ++;
        return new Node(key, value);
    }

    if( key == node->key )  
        node->value = value;  //如果相等,就把频率加1
    else if( key < node->key )
        node->left = insert( node->left , key, value);  // 如果x小于节点的值,就继续在节点的左子树中插入x
    else    // key > node->key    
        node->right = insert( node->right, key, value);  // 如果x大于节点的值,就继续在节点的右子树中插入x

    return node;
}

2. 包含contain

bool contain(Key key){
    return contain(root, key);
}

// 查看以node为根的二叉搜索树中是否包含键值为key的节点
bool contain(Node* node, Key key){

    if( node == NULL )
        return false;

    if( key == node->key )
        return true;
    else if( key < node->key )
        return contain( node->left , key );
    else // key > node->key
        return contain( node->right , key );
}

3. 搜索search

Value* search(Key key){
    return search( root , key );
}

// 在以node为根的二叉搜索树中查找key所对应的value
Value* search(Node* node, Key key){

    if( node == NULL )
        return NULL;

    if( key == node->key )
        return &(node->value);
    else if( key < node->key )
        return search( node->left , key );
    else // key > node->key
        return search( node->right, key );
}

4. 遍历

  • 前序遍历preOrder
void preOrder(){
    preOrder(root);
}

// 对以node为根的二叉搜索树进行前序遍历
void preOrder(Node* node){

    if( node != NULL ){
        cout<<node->key<<endl;
        preOrder(node->left);
        preOrder(node->right);
    }
}
  • 中序遍历inOrder
void inOrder(){
    inOrder(root);
}

// 对以node为根的二叉搜索树进行中序遍历
void inOrder(Node* node){

    if( node != NULL ){
        inOrder(node->left);
        cout<<node->key<<endl;
        inOrder(node->right);
    }
}
  • 后序遍历postOrder
void postOrder(){
    postOrder(root);
}

// 对以node为根的二叉搜索树进行后序遍历
void postOrder(Node* node){

    if( node != NULL ){
        postOrder(node->left);
        postOrder(node->right);
        cout<<node->key<<endl;
    }
}
  • 层序遍历levelOrder
void levelOrder(){

    queue<Node*> q;
    q.push(root);
    while( !q.empty() ){

        Node *node = q.front();
        q.pop();

        cout<<node->key<<endl;

        if( node->left )
            q.push( node->left );
        if( node->right )
            q.push( node->right );
    }
}

5. 寻找最小/大键值

Key minimum(){
    assert( count != 0 );
    Node* minNode = minimum( root );
    return minNode->key;
}

// 在以node为根的二叉搜索树中,返回最小键值的节点
Node* minimum(Node* node){
    if( node->left == NULL )
        return node;

    return minimum(node->left);
}
Key maximum(){
    assert( count != 0 );
    Node* maxNode = maximum(root);
    return maxNode->key;
}

// 在以node为根的二叉搜索树中,返回最大键值的节点
Node* maximum(Node* node){
    if( node->right == NULL )
        return node;

    return maximum(node->right);
}

6. 从二叉树中删除最小/大值所在节点

void removeMin(){
    if( root )
        root = removeMin( root );
}

// 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小节点
// 返回删除节点后新的二分搜索树的根
Node* removeMin(Node* node){

    if( node->left == NULL ){

        Node* rightNode = node->right;
        delete node;
        count --;
        return rightNode;
    }

    node->left = removeMin(node->left);
    return node;
}
void removeMax(){
    if( root )
        root = removeMax( root );
}

// 删除掉以node为根的二分搜索树中的最大节点
// 返回删除节点后新的二分搜索树的根
Node* removeMax(Node* node){

    if( node->right == NULL ){

        Node* leftNode = node->left;
        delete node;
        count --;
        return leftNode;
    }

    node->right = removeMax(node->right);
    return node;
}

7. 删除remove

void remove(Key key){
    root = remove(root, key);
}

// 删除掉以node为根的二分搜索树中键值为key的节点
// 返回删除节点后新的二分搜索树的根
Node* remove(Node* node, Key key){

    if( node == NULL )
        return NULL;

    if( key < node->key ){
        node->left = remove( node->left , key );
        return node;
    }
    else if( key > node->key ){
        node->right = remove( node->right, key );
        return node;
    }
    else{   // key == node->key

        if( node->left == NULL ){
            Node *rightNode = node->right;
            delete node;
            count --;
            return rightNode;
        }

        if( node->right == NULL ){
            Node *leftNode = node->left;
            delete node;
            count--;
            return leftNode;
        }

        // node->left != NULL && node->right != NULL
        Node *successor = new Node(minimum(node->right));
        count ++;

        successor->right = removeMin(node->right);
        successor->left = node->left;

        delete node;
        count --;

        return successor;
    }
}
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