详解二叉查找树算法的实现

参考文献: 《数据结构(C语言版)》 严蔚敏 吴伟民 编著

开发平台:Ubuntu11.04

编译器:gcc version4.5.2 (Ubuntu/Linaro 4.5.2-8ubuntu4)

树(Tree)是n(n≥0)个结点的有限集。在任意一棵非空树中:(1)有且仅有一个特定的被称为根(Root)的结点;(2)当n>1时,其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集T1,T2,…,Tm,其中每一个集合本身又是一棵树,并且称为根的子树(SubTree)。

结点拥有的子树数称为结点的度(Degree)。度为0的结点称为叶子(Leaf)或终端结点。度不为0的结点称为非终端结点或分支结点。

树的度是树内各结点的度的最大值。

结点的子树的根称为该结点的孩子(Child),相应地,该结点称为孩子的双亲(Parent)。

结点的层次(Level)是从根结点开始计算起,根为第一层,根的孩子为第二层,依次类推。树中结点的最大层次称为树的深度(Depth)或高度。

如果将树中结点的各子树看成从左至右是有次序的(即不能互换),则称该树为有序树,否则称为无序树。

1、二叉树

二叉树(Binary Tree)的特点是每个结点至多具有两棵子树(即在二叉树中不存在度大于2的结点),并且子树之间有左右之分。

二叉树的性质:

(1)、在二叉树的第i层上至多有2i-1个结点(i≥1)。

(2)、深度为k的二叉树至多有2k-1个结点(k≥1)。

(3)、对任何一棵二叉树,如果其终端结点数为n0,度为2的结点数为n2,则n0=n2+1。

一棵深度为k且有2k-1个结点的二叉树称为满二叉树。

可以对满二叉树的结点进行连续编号,约定编号从根结点起,自上而下,自左至右,则由此可引出完全二叉树的定义。深度为k且有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1到n的结点一一对应时,称之为完全二叉树。

(4)、具有n个结点的完全二叉树的深度为不大于log2n的最大整数加1。

(5)、如果对一棵有n个结点的完全二叉树的结点按层序编号(从第1层到最后一层,每层从左到右),则对任一结点i(1≤i≤n),有

a、如果i=1,则结点i是二叉树的根,无双亲;如果i>1,则其双亲是结点x(其中x是不大于i/2的最大整数)。

b、如果2i>n,则结点i无左孩子(结点i为叶子结点);否则其左孩子是结点2i。

c、如果2i+1>n,则结点i无右孩子;否则其右孩子是结点2i+1。

二叉树的链式存储:

链式二叉树中的每个结点至少需要包含三个域,数据域和左、右指针域。

二叉树的遍历:

假如以L、D、R分别表示遍历左子树、访问根结点和遍历右子树,则可有DLR、DRL、LRD、LDR、RLD、RDL这六种遍历二叉树的方案。若限定先左后右,,则只有三种方案,分别称之为先(根)序遍历、中(根)序遍历和后(根)序遍历,它们以访问根结点的次序来区分。

2、二叉查找树

二叉查找树(BinarySearch Tree,也叫二叉搜索树,或称二叉排序树Binary Sort Tree)或者是一棵空树,或者是具有下列性质的二叉树:

(1)、若它的左子树不为空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值;

(2)、若它的右子树不为空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值;

(3)、它的左、右子树也分别为二叉查找树。

3、二叉查找树的基本运算

/* bst – binary search/sort tree * by Richard Tang <tanglinux@gmail.com> */#include <stdio.h>#include <stdlib.h>typedef int data_type;typedef struct bst_node {data_type data;struct bst_node *lchild, *rchild;}bst_t, *bst_p;

(1)、插入

在二叉查找树中插入新结点,要保证插入新结点后仍能满足二叉查找树的性质。例子中的插入过程如下:

a、若二叉查找树root为空,则使新结点为根;

b、若二叉查找树root不为空,则通过search_bst_for_insert函数寻找插入点并返回它的地址(若新结点中的关键字已经存在,则返回空指针);

c、若新结点的关键字小于插入点的关键字,则将新结点插入到插入点的左子树中,大于则插入到插入点的右子树中。

static bst_p search_bst_for_insert(bst_p *root, data_type key){bst_p s, p = *root;while (p) {s = p;if (p->data == key)return NULL;p = (key < p->data) ? p->lchild : p->rchild;}return s;}void insert_bst_node(bst_p *root, data_type data){bst_p s, p;s = malloc(sizeof(struct bst_node));if (!s)perror("Allocate dynamic memory");s -> data = data;s -> lchild = s -> rchild = NULL;if (*root == NULL)*root = s;else {p = search_bst_for_insert(root, data);if (p == NULL) {fprintf(stderr, "The %d already exists.\n", data);free(s);return;}if (data < p->data)p->lchild = s;elsep->rchild = s;}}

(2)、遍历

static int print(data_type data){printf("%d ", data);return 1;}int pre_order_traverse(bst_p root, int (*visit)(data_type data)) {if (root) {if (visit(root->data))if (pre_order_traverse(root->lchild, visit))if (pre_order_traverse(root->rchild, visit))return 1;return 0;}elsereturn 1;}int post_order_traverse(bst_p root, int (*visit)(data_type data)){if (root) {if (post_order_traverse(root->lchild, visit))if (visit(root->data))if (post_order_traverse(root->rchild, visit))return 1;return 0;}elsereturn 1;}

中序遍历二叉查找树可得到一个关键字的有序序列。

(3)、删除

删除某个结点后依然要保持二叉查找树的特性。例子中的删除过程如下:

a、若删除点是叶子结点,则设置其双亲结点的指针为空。

b、若删除点只有左子树,或只有右子树,则设置其双亲结点的指针指向左子树或右子树。

c、若删除点的左右子树均不为空,则:

1)、查询删除点的右子树的左子树是否为空,若为空,则把删除点的左子树设为删除点的右子树的左子树。

2)、若不为空,则继续查询左子树,直到找到最底层的左子树为止。

还有不愿面对失败的尴尬。曾经怀有远大理想,拥有完美的憧憬。

详解二叉查找树算法的实现

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