高级数据结构和算法2:树的表示法

在大部分OJ题目中,节点个数n作为参数传入。所以,比较适合使用采用一组连续的空间来存储每个结点,即Node nodes[n]

1. 多叉树表示法

1.1 双亲表示法

  • 表格表示


  • 参考代码

    struct Node{
       char data;
       int parent; 
    };
    
    Node nodes[n];
    
  • 优缺点
    比较容易找到双亲,但是不容易找到孩子。

2.2 孩子表示法

  • 表格表示


  • 参考代码

    struct Node{
       char data;
       vector<int> children; 
    };
    
    Node nodes[n];
    
  • 优缺点
    比较容易找到孩子,但是不容易找到双亲。

优化:双亲孩子表示法

  • 表格表示


  • 参考代码
    struct Node{
       char data;
       int parent; 
       vector<int> children; 
    };
    
    Node nodes[n];
    
  • 优缺点
    双亲孩子都比较容易找到。

1.3 孩子兄弟表示法

  • 表格表示


  • 参考代码
    struct Node{
       char data;
       int firstchild;
       int rightsib; 
    };
    
    Node nodes[n];
    
  • 优缺点
    比较容易找到孩子和兄弟,但是不容易找到双亲。

孩子兄弟表示法主要用来把多叉树转化成二叉树。

练习
显示树结构GraphvizOnline

graph G {
A--B
A--C
B--D
C--E
C--F
D--G
D--H
D--I
E--J
}

2 二叉树表示法

2.1 顺序存储方式

将二叉树存储在一个数组中,通过存储元素的下标反映元素之间的父子关系。用一组连续地址的存储空间依次自上而下、自左到右存储二叉树上的节点。

  • 一棵深度为k的二叉树通常需要2^k-1个节点空间存储。
  • 节点之间的关系根据二叉树的性质5确定。
No. 节点 下标
1 根节点 1
2 叶子节点i 2i>2^k-1
3 节点i的父节点 i/2
4 节点i的左孩子节点 2i
5 节点i的右孩子节点 2i+1
  • 通常使用0表示空节点。

结点个数已知的完全二叉树或接近完全二叉树的二叉树,通常使用这种方式。最坏情况为深度为k且只有k个节点的单支数。

2.2 链式存储方式

因为顺序存储存在的局限性,二叉树比较常见的是链式存储方式。由于二叉树结构简单,通常使用孩子表示法,或者孩子双亲表示法。


二叉树的二叉链表.png
  • 孩子表示法
    struct Node{
      char data;
      struct Node* right_child;
      struct Node*left_child;
    };
    
    Node* head;
    
  • 孩子双亲表示法
    struct Node{
      char data;
      struct Node* right_child;
      struct Node* left_child;
      struct Node* parent;
    };
    
    Node* head;
    
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