C語言數據結構之二叉樹排序
一、定義與性質
定義
二叉排序樹(Binary Sort Tree)又稱二叉查找(搜索)樹(Binary Search Tree)。其定義為:二叉排序樹或者是空樹,或者是滿足如下性質的二叉樹:
①若它的左子樹非空,則左子樹上所有結點的值均小于根結點的值;
②若它的右子樹非空,則右子樹上所有結點的值均大于根結點的值;
③左、右子樹本身又各是一棵二叉排序樹。
上述性質簡稱二叉排序樹性質(BST性質),故二叉排序樹實際上是滿足BST性質的二叉樹。
性質
(1) 二叉排序樹中任一結點x,其左(右)子樹中任一結點y(若存在)的關鍵字必小(大)于x的關鍵字。
(2) 二叉排序樹中,各結點關鍵字是惟一的。
注意:
實際應用中,不能保證被查找的數據集中各元素的關鍵字互不相同,所以可將二叉排序樹定義中BST性質(1)里的"小于"改為"大于等于",或將BST性質(2)里的"大于"改為"小于等于",甚至可同時修改這兩個性質。
(3) 按中序遍歷該樹所得到的中序序列是一個遞增有序序列。
二、插入與刪除
插入與刪除操作是二叉排序樹中最常用也是最重要的兩個操作。
插入過程是:
(a)若二叉排序樹T為空,則為待插入的關鍵字key申請一個新結點,并令其為根;
(b)若二叉排序樹T不為空,則將key和根的關鍵字比較:
(i)若二者相等,則說明樹中已有此關鍵字key,無須插入。
(ii)若key<T→key,則將key插入根的左子樹中。
(iii)若key>T→key,則將它插入根的右子樹中。
子樹中的插入過程與上述的樹中插入過程相同。如此進行下去,直到將key作為一個新的葉結點的關鍵字插入到二叉排序樹中,或者直到發現樹中已有此關鍵字為止。
刪除過程:
(1) 進行查找
查找時,令p指向當前訪問到的結點,parent指向其雙親(其初值為NULL)。若樹中找不到被刪結點則返回,否則被刪結點是p。
(2) 刪去p。
刪p時,應將p的子樹(若有)仍連接在樹上且保持BST性質不變。按p的孩子數目分三種情況進行處理。
刪除p結點的三種情況
a.p是葉子(即它的孩子數為0)
無須連接p的子樹,只需將p的雙親parent中指向p的指針域置空即可。
b.p只有一個孩子child
只需將child和p的雙親直接連接后,即可刪去p。
注意:p既可能是parent的左孩子也可能是其右孩子,而child可能是p的左孩子或右孩子,故共有4種狀態。
c.p有兩個孩子
先令q=p,將被刪結點的地址保存在q中;然后找q的中序后繼p,并在查找過程中仍用parent記住p的雙親位置。q的中序后繼p一定 是q的右子樹中最左下的結點,它無左子樹。因此,可以將刪去q的操作轉換為刪去的p的操作,即在釋放結點p之前將其數據復制到q中,就相當于刪 去了q。
#include<stdio.h>include<stdlib.h>
define maxSize 20
define maxWidth 20
typedef int KeyType; //假定關鍵字類型為整數 typedef struct node { //結點類型 KeyType key; //關鍵字項 struct node lchild,rchild;//左右孩子指針 } BSTNode,BSTree; //typedef BSTNode BSTree; //BSTree是二叉排序樹的類型 //先序遍歷 void preOrder(BSTree BT) { if(BT!= NULL) { printf("%d",BT->key); preOrder(BT->lchild); preOrder(BT->rchild);
}
} //中序遍歷 void inOrder(BSTree BT) { if(BT!= NULL) { inOrder(BT->lchild); printf("%d",BT->key); inOrder(BT->rchild); } } //后序遍歷 void postOrder(BSTree BT) { if(BT!= NULL) { postOrder(BT->lchild); postOrder(BT->rchild); printf("%d",BT->key); } }
//層次法打印樹 void dispTree(BSTree BT) { BSTree stack[maxSize],*p; int level[maxSize][2],top,n,i,width=4; if(BT!=NULL) { printf("Display a tree by hollow means.\n"); top=1; stack[top]=BT;//push root point to stack. level[top][0]=width; while(top>0) { p=stack[top]; n=level[top][0]; for(i=1;i<=n;i++) printf(" "); printf("%d",p->key); for(i=n+1;i<maxWidth;i+=2) printf("--"); printf("\n"); top--; if(p->rchild!=NULL) { top++; stack[top]=p->rchild; level[top][0]=n+width; level[top][1]=2; } if(p->lchild!=NULL) { top++; stack[top]=p->lchild; level[top][0]=n+width; level[top][1]=1; } } } }
/ 向二叉排序樹中加入一個結點 要改變指針,需要傳遞指針的指針/ int InsertNode(BSTree *tree, KeyType key) { BSTNode p= NULL, parent = NULL; BSTNode pNewNode = (BSTNode )malloc(sizeof(BSTNode)); if (pNewNode==NULL) { return -1; } / 新建結點賦值,特別是左右子結點指針要賦值為NULL / pNewNode->key = key; pNewNode->lchild = NULL; pNewNode->rchild = NULL; / 二叉排序樹是空樹 / if (tree==NULL) { *tree = pNewNode; return 0;
} else { p = *tree; /* 尋找插入位置 */ while (NULL != p) { /* key值已在二叉排序樹中 */ if (p->key == key) { return 0; } else { parent = p; p = (p->key < key) ? p->rchild : p->lchild; } } if (parent->key < key) { parent->rchild = pNewNode; } else { parent->lchild = pNewNode; } return 0; }
} //刪除節點 / 通過值查找并刪除一個結點 / int delNode(BSTree *tree, KeyType key) { BSTNode p = NULL, q = NULL, parent = NULL, child = NULL; p = tree; / parent為NULL表示根結點的父親為NULL / while (NULL != p) { if (p->key == key) { break; } else { parent = p; p = (p->key < key) ? p->rchild : p->lchild; } } / p為NULL時, 表示沒有找到結點值為key的結點 / if (NULL == p) { return 0; } / p, q現在都是保存了待刪結點指針 / q = p;
/* 待刪結點有兩個兒子結點,進行一下轉化 */ if (NULL != p->lchild && NULL != p->rchild) { //找中序后繼,先右拐,然后左走到底 parent = p; p = p->rchild; while (NULL != p->lchild) { parent = p; p = p->lchild; } /* p中保存了待刪結點右子樹中最左下的結點指針, parent中就保存了該結點父親指針 */ child = p->rchild; } /* parent保存待刪結點的父親結點指針, child保存了待刪結點的兒子結點
//實際刪除的是待刪節點的直接后繼,下面是刪除直接后繼的過程,(待刪結點至多只有一個兒子, 有兩個會轉化為0個或1個右結點)
待刪結點是根結點 */ if (NULL == parent) { *tree = child; } else { /*待刪結點是父親結點的左兒子*/ if (parent->lchild == p) { parent->lchild = child; } else { parent->rchild = child; } //將實際刪除的節點的key值賦給原先要刪除的節點 if (p != q) { q->key = p->key; } } free(p); return 0;
} //二叉排序樹查找 BSTNode SearchBST(BSTree T,KeyType key) { //在二叉排序樹T上查找關鍵字為key的結點,成功時返回該結點位置,否則返回NUll if(T==NULL) //遞歸的終結條件 return NULL; //T為空,查找失敗; if(key==T->key) //成功,返回找到的結點位置 { printf("Got it!"); return T; }
if(key<T->key) return SearchBST(T->lchild,key); else return SearchBST(T->rchild,key);//繼續在右子樹中查找
} //SearchBST int main() { int n; BSTree *B=NULL; printf("Input number to initialize a BSTree:"); while(1) { scanf("%d",&n); if(n==0) break; InsertNode(&B, n); }
dispTree(B); printf("PreOrder:"); preOrder(B); printf("\n"); printf("Search a node:"); scanf("%d",&n); SearchBST(B,n); printf("\n"); printf("Delete a node:"); scanf("%d",&n); delNode(&B,n); dispTree(B); printf("PreOrder:"); preOrder(B); printf("\n"); return 1; }</pre>