二叉树链式结构的实现和二叉树的遍历以及判断完全二叉树

发布于：2023-12-07 ⋅ 阅读:(84) ⋅ 点赞:(0)
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二叉树的实现

定义结构体

我们首先定义一个结构来存放二叉树的节点
结构体里分别存放左子节点和右子节点以及节点存放的数据

typedef int BTDataType;
typedef struct BinaryTreeNode
{
	BTDataType data;
	struct BinaryTreeNode* left;
	struct BinaryTreeNode* right;
}BTNode;
构造一个二叉树

我们首先定义一个新建新节点的函数，方便构造二叉树

BTNode* buynode(BTDataType x)
{
	BTNode* node = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}
	node->data = x;
	node->left = NULL;
	node->right = NULL;
	return node;
}

然后就是构造二叉树之间的节点关系和节点中存储的元素
这里我们构造的是一个满二叉树，各个节点关系如下图所示
在这里插入图片描述

BTNode* createtree()
{
	BTNode* node1 = buynode(1);
	BTNode* node2 = buynode(2);
	BTNode* node3 = buynode(3);
	BTNode* node4 = buynode(4);
	BTNode* node5 = buynode(5);
	BTNode* node6 = buynode(6);
	BTNode* node7 = buynode(7);
	node1->left = node2;
	node1->right = node4;
	node2->left = node3;
	node4->left = node5;
	node4->right = node6;
	node2->right= node7;//满二叉树
	return node1;
}
返回二叉树节点个数

这里有两种方法：
一种是遇到空节点直接返回，否则size++，然后再递归使用左节点和右节点，这种方法就做计数
第二种是直接递归使用左节点加右节点+1，这种方法更加简洁，但是可读性没有第一种方法这么好

int BinaryTreeSize(BTNode* root)
{
	//static size = 0;
	//if (root == NULL)
	//	return;
	//size++;
	//BinaryTreeSize(root->left);
	//BinaryTreeSize(root->right);
	//return size;
	if (root == NULL)
		return 0;
	return BinaryTreeSize(root->left) + BinaryTreeSize(root->right) + 1;
}
返回二叉树叶子节点个数

叶子节点就是没有孩子，即左节点和右节点都为空
当根节点root为空时直接返回0，当左节点left和右节点right都为空是就返回1，然后递归root的左节点和右节点相加，最后返回的就是叶子节点个数

int BinaryTreeLeafSize(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
		return 0;
	if (root->left == NULL && root->right == NULL)
	{
		return 1;
	}
	return BinaryTreeLeafSize(root->left) + BinaryTreeLeafSize(root->right);
}
返回二叉树第k层节点个数

这里的二叉树根节点是第一层
首先k必须大于0，进行断言
如果根节点为空就直接返回0
如果k为1，就只有根节点一个节点，返回1
再递归左子树的k-1和右子树的k-1层节点数相加就是第k层的节点数
在这里插入图片描述

int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k)
{
	assert(k > 0);
	if (root == NULL)
		return 0;
	if (k == 1)
		return 1;
	return BinaryTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BinaryTreeLevelKSize(root->right, k - 1);
}
二叉树查找值为x的节点

查找节点其实大家都有误区
例如：

BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{
	if (root == NULL)
		return NULL;
	if (root->data == x)
		return root;
BinaryTreeFind(root->left, x);
 BinaryTreeFind(root->right, x);
}

但是这种情况下如果没有这个节点怎么办呢
所以这是错误滴
正确的在下面：
我们申请空间分别存放递归后左节点和右节点的返回值，如果不为空就返回
如果到最后还没有返回值就是二叉树中没有这个节点，直接返回空

BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{
	if (root == NULL)
		return NULL;
	if (root->data == x)
		return root;
	BTNode* node1 = BinaryTreeFind(root->left, x);
	if (node1)
		return node1;
	BTNode* node2 = BinaryTreeFind(root->right, x);
	if (node2)
		return node2;
	return NULL;
}
二叉树的销毁

很简单，但是记得手动置空

void BinaryTreeDestory(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
		return;
	BinaryTreeDestory(root->left);
	BinaryTreeDestory(root->right);
	free(root);//为了防止出现野指针，需要使用者自己手动置空，即root==Null
}
求二叉树的高度

其实而二叉树的高度就是层数，我们只要计算层数最多的分支即可
如果左子树大于右子树就返回左子树的递归结果+1，右子树反之
大家看一下下面这段代码

int BinaryTreeHeight(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
		return 0;
	return BinaryTreeHeight(root->left) > BinaryTreeHeight(root->right) ? BinaryTreeHeight(root->left) + 1 : BinaryTreeHeight(root->right) + 1;
}

上面这段代码是有问题的，他没有将其记录下来，就回返回很多次去查询数据，导致超出时间限制
下面这段代码给出了解决的办法
记录即可

int BinaryTreeHeight(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
		return 0;
	int leftheight = BinaryTreeHeight(root->left);
	int rightheight = BinaryTreeHeight(root->right);
	return leftheight > rightheight ? leftheight + 1 : rightheight+1;
}

二叉树的遍历

前序、中序以及后序遍历

学习二叉树结构，最简单的方式就是遍历。所谓二叉树遍历(Traversal)是按照某种特定的规则，依次对二叉树中的节点进行相应的操作，并且每个节点只操作一次。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。 遍历是二叉树上最重要的运算之一，也是二叉树上进行其它运算的基础

按照规则，二叉树的遍历有：前序/中序/后序的递归结构遍历：

  1. 前序遍历(Preorder Traversal 亦称先序遍历)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之前。
  2. 中序遍历(Inorder Traversal)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之中（间）。
  3. 后序遍历(Postorder Traversal)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之后。

由于被访问的结点必是某子树的根，所以N(Node）、L(Left subtree）和R(Right subtree）又可解释为根、根的左子树和根的右子树。NLR、LNR和LRN分别又称为先根遍历、中根遍历和后根遍历。

前序、中序以及后序遍历的实现

这三个遍历很简单，难得是层序遍历
前序就是先访问根节点，然后左子树右子树，用递归解决即可
在这里插入图片描述

前序
void BinaryTreePrevOrder(BTNode* root)
{
	if (root)
	{ 
		putchar(root->_data);
		BinaryTreePrevOrder(root->_left);
		BinaryTreePrevOrder(root->_right);
	}
}
中序
void BinaryTreeInOrder(BTNode* root)
{
	if (root)
	{
		BinaryTreeInOrder(root->_left);
		putchar(root->_data);
		BinaryTreeInOrder(root->_right);
	}
}
后序
void BinaryTreePostOrder(BTNode* root)
{
	if (root)
	{
		BinaryTreePostOrder(root->_left);
		BinaryTreePostOrder(root->_right);
		putchar(root->_data);
	}
}
层序遍历的实现

层序遍历：除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外，还可以对二叉树进行层序遍历。设二叉树的根节点所在层数为1，层序遍历就是从所在二叉树的根节点出发，首先访问第一层的树根节点，然后从左到右访问第2层上的点，接着是第三层的节点，以此类推，自上而下，自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历。

看图理解即可：
访问顺序是

A B C D E F G

在这里插入图片描述
层序遍历得实现其实要用到队列：
在这里插入图片描述
上图给了一个解释，大家可以研究研究

void BinaryTreeLevelOrder(BTNode* root)
{
	Queue qu;
	BTNode * cur;
	QueueInit(&qu);
	//首先压入根节点
	QueuePush(&qu, root);
	//循环的终止条件就是当队列为空时，此时二叉树层序遍历完成
	while (!QueueIsEmpty(&qu))
	{
		//第一次进入循环时cur为队列的队首，即根节点
		cur = QueueTop(&qu);
		putchar(cur->data);
		//当cur的左不为空是入队列
		if (cur->left)
		{
			QueuePush(&qu, cur->left);
		}
		//当cur的右不为空是入队列
		if (cur->right)
		{
			QueuePush(&qu, cur->right);
		}
		//删除此时的队首元素，并返回打印
		QueuePop(&qu);
	}
	QueueDestory(&qu);
}
二叉树是否为完全二叉树

判断是否未完全二叉树的条件是什么呢
就是层序遍历完成时中间有无空节点！
我们首先将根节点压入队列
然后再将队列队首元素删除返回后，判断队首元素是否为空，为空则跳出while循环，就当他是个完全二叉树的所有节点已经全部压入
如果不是空就将左子树和右子树的根节点压入
然后我们再用层序遍历来判断后面是否有非空节点，如果有的话就不是完全二叉树，return false
否则是完全二叉树

看图分析即可：
在这里插入图片描述

bool BinaryTreeComplete(BTNode* root)
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	if (root)
		QueuePush(&q, root);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		BTNode* front = QueueFront(&q);
		QueuePop(&q);
	   if (front == NULL)//遇空就跳出
			break;
		QueuePush(&q, front->left);
		QueuePush(&q, front->right);
	}
//检查后面是否有非空节点，有非空就是非完全二叉树
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		BTNode* front = QueueFront(&q);
		QueuePop(&q);
		if (front)
		{
			QueueDestroy(&q);
			return false;
		}
	}
	QueueDestroy(&q);
	return true;
}

好了，本文到此结束，感谢大家的支持！

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