C语言实现二叉搜索树的完整总结
1、 二叉树的构建
我们都知道二叉搜索树的特点是:当前节点的值大于它的左子树的值,小于等于右子树的值。所以我们这里可以通过迭代的方式构建二叉搜索树,当然也可以通过递归的方式构建二叉树。
定义一个结构体,表示节点:
typedef struct NODE{ int va; struct NODE *left,*right; }Node;
①通过迭代
的方式实现二叉搜索树的构建,值得注意的是,这种方式构建二叉搜索树的时候,需要定义一个变量,表示这个节点插入的位置是父节点的左子节点还是右子节点的位置,同时定义一个变量,表示插入的父节点。
Node * createBinaryTree(Node *root,int val){ int isLeftChild = 0;//定义一个临时变量,表示这个新节点的插入位置是否为它的左子节点 Node *cur = root,*parent = NULL,*node; node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); if(node == NULL){ printf("创建节点失败!!!\n"); exit(0);//退出虚拟机 } node->val = val; node->left = node->right = NULL; while(*cur != NULL){ //找到新节点要插入的位置 parent = cur; if(cur->val > x){ cur = cur->left;//新节点的值小于当前节点的值,那么就往当前节点的左子树方向进行查找 isLeftChild = 1; } else{ cur = cur->right;//如果新节点的值大于等于当前节点的值,那么就往当前节点的右子树方向进行查找 isLeftChild = 0; } } //判断parent/root是否为空,如果为空,说明新节点是根节点 if(pre == NULL){ root = node; }else{ //parent不为空,说明不是空树,这是需要判断插入的位置是否是在左子节点的位置 if(isLeftChild){ parent->left = node; }else{ parent->right= node; } } return root; }
②通过迭代的方式进行创建二叉搜索树
Node *createBinaryTree(Node *root,int val){ if(root == NULL){ root = (Node *)malloc(sizeof(Node));//给新节点分配空间 if(root == NULL){ printf("创建节点失败!!!\n"): exit(0);//退出虚拟机 } root->val = val; root->left = root->right = NULL; }else{ //如果当前的节点不为空,那么就判断新节点插入的是左子节点还是右子节点的位置 if(val < root->val)//新节点的值小于当前节点的值,说明将其插入在当前节点左子树的位置 root->left = createBinaryTree(root->left,val); else//新节点的值大于等于当前节点的值,说明时将其插入在当前节点的右子树位置 root->right = createBinaryTree(root->right,val); } return root; }
2、二叉树的遍历
二叉树的遍历主要包括几种遍历方式,分别是前序遍历,中序遍历,后序遍历,层序遍历。
前序遍历:先访问当前的节点,然后访问它的左子树,最后访问它的右子树。
中序遍历:先访问当前节点的左子树,然后访问自身,最后访问它的右子树。
后序遍历:先访问当前节点的左子树,然后访问当前节点的右子树,最后才访问自身。
层序遍历:一层一层,从左到右遍历的。
前序遍历
递归实现
void preOrderDisplay(Node *root){ if(root != NULL){ printf("%5d",root->val);//访问自身 preOrderDisplay(root->left);//访问当前节点的左子树 preOrderDisplay(root->right);//访问当前节点的右子树 } }
迭代实现
注意的是,通过迭代实现二叉树的前序遍历,我们需要利用到栈。
void preOrderTraversal(Node *root){ Stack *s; if(!createStack(s)){ printf("创建栈失败!!!\n"); return; } Node *t = root,k; while(t != NULL || !isEmpty(s)){ //当前的节点不为空,或者栈不为空,那么就继续进循环 while(t!= NULL){ //如果当前的节点不为空,那么就将当前的节点输出,然后将它的左子树压入栈中(遍历到最左) printf("%5d",t->val);//由于是前序遍历,那么先输出父节点的值 pushStack(s,t); t = t->left; } if(!isEmpty(s)){ //如果栈不为空,那么这时候,将从栈中跳出一个节点,并且将获得它的右子树,然后将右子树压入栈中 popStack(s,k);//(跳出一个节点) t = k.right;//将右子树重复上面的操作(往这个跳出节点k的右子树方向移动) } } }
中序遍历
递归实现
//利用递归中序遍历树 void InOrderDisplay(Node *root){ if(root != NULL){ //如果节点不为空,那么递归实现中序遍历 InOrderDisplay(root->left);//先访问左子树 printf("%5d",root->val);//访问自身 InOrderDisplay(root->right);//访问右子树 } }
迭代实现
/* 利用迭代循环实现树的中序遍历 基本思路:利用堆栈实现的 基本步骤: 1、判断当前的节点或者栈是否为空,如果其中至少有一个不为空,那么 这时候将进入循环 2、判断当前的节点是否为空,(必须要判断,因为进入外部循环的循环条件有两个,所以不知道是否因为当前 节点是否为空),如果节点不为空,那么将当前的节点压入栈中,然后当前的节点变成它的左节点,将它的左子树压入 栈中 3、判断栈是否为空,将栈顶节点跳出,并将其输出,然后后去这个跳出节点的右子节点 */ void InOrderTraversal(Node *root){ Stack *s; Node *t = root,k; if(!createStack(s)){ printf("创建栈失败!!!\n"); return; } while(t != NULL || !isEmpty(s)){ while(t != NULL){ pushStack(s,t);//将当前的节点及其左子树压入栈中(遍历到最左) t = t->left; } if(!isEmpty(s)){ //从栈中跳出最后一个左子节点的父节点 popStack(s,k); printf("%5d",k.val);//输入当前节点的值 t = k.right;//将其右子树压入栈中(往跳出节点k的右子树方向移动) } } }
后序遍历
递归实现
/* 递归实现树的后序遍历 */ void postOrderDisplay(Node *root){ if(root != NULL){ //当前的节点不为空,那么就先访问左子树,然后访问右子树,最后访问当前的节点 postOrderDisplay(root->left); postOrderDisplay(root->right); printf("%5d",root->val); } }
迭代实现
/* 利用迭代实现树的后序遍历: 基本思路: 1、判断当前的节点或者栈是否为空,如果其中至少有一个不为空,那么循环继续 2、判断该当前的节点是否为空,如果不为空,那么就将当前的节点及其左子树压入栈中 3、判断当前的栈是否为空,如果不为空,那么就从栈中跳出一个节点 获取这个节点的右子节点,如果这个右子节点为空,那么就将当前的节点输出,然后再吃从栈中跳出一个节点 4、重复上面的2、3步骤 */ void postOrderTraversal(Node *root){ Node *t = root,k,pre;//pre表示上一次访问过的右子节点 Stack *s; if(!createStack(s)){ printf("创建栈失败!!!\n"); return; } while(t != NULL || !isEmpty(s)){ //如果当前的节点不为空或者栈不为空,那么就继续循环遍历 while(t != NULL){ //如果当前的节点不为空,那么就将其压入栈中 pushStack(s,t); t = t->left; } //注意这里并不是直接从栈中跳出一个节点,而是先获取栈顶节点,判断条件满足之后才跳出节点 if( getTop(s,k) && k.right == NULL || pre.val == k.right->val){ /* 判断当前的栈顶节点的右子节点是否为空,或者这个栈顶的右子节点已经输 出过了,如果这个栈顶节点的右子节点为空或者已经输出过了,那么就将这 个栈顶节点从栈中跳出,并输出它的值否则,就将这个栈顶节点的右子树压 入栈中,重复循环操作 */ popStack(s,k); pre = k; printf("%5d",k.val); }else{ t = k.right;//如果上面的条件不满足,那么就往它的右子树方向移动 } } }
测试完整代码:
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define MAX_SIZE 100 #define INCREMENT 10 #define ERROR 0 #define OK 1 typedef struct NODE{ int val; struct NODE *left; struct NODE *right; }Node; typedef struct STACK{ Node * arr; int top; }Stack; //创建栈 int createStack(Stack *s){ s->arr = (Node *)malloc(sizeof(Node) * MAX_SIZE);//分配MAX_SIZE个空间 if(s->arr == NULL) //如果arr为空,说明分配空间事变,这时候返回ERROR return ERROR; s->top = 0; return OK; } //压栈 int pushStack(Stack *s,Node *node){ if(s->top == MAX_SIZE){ return ERROR; } Node t; t.val = node->val; t.left = node->left; t.right = node->right; s->arr[s->top++] = t; return OK; } //出栈 int popStack(Stack *s,Node &node){ if(s->top == 0){ //如果栈为空,那么这时候返回ERROR return ERROR; } node = s->arr[--s->top];//获取栈顶节点 return OK; } int getTop(Stack *s,Node &k){ if(s->top == 0) return ERROR; k = s->arr[s->top - 1]; return OK; } //判断栈是否为空 int isEmpty(Stack *s){ return s->top == 0; } /* 节点的插入基本思路: 判断这颗树是否为空树,如果是一棵空树,那么新节点就是整棵树的 根节点,如果不是,那么就需要通过遍历找到插入的位置。 根据二叉搜索树的特点,如果新节点的值小于根节点或者父节点的值,那么就 往左边走,找到第一个为空的地方,然后将其插入;如果新节点的值大于等于父节点的值, 那么就往右边走,找到第一个为空的地方,将其插入。 值得注意的是,我们需要标记插入的是否为左子节点还是右子节点,所以需要定义一个临时 变量,判断插入的位置是否为父节点的左节点 */ Node * insert(Node *root,int val){ Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->val = val; node->left = NULL; node->right = NULL; //如果不是空树,那么就需要定义临时变量,表示插入的位置是否为左节点 //同时定义一个临时节点,表示要插入位置的父节点 Node *current = root,*parent = NULL; int isLeftChild = 1; //值为1表示插入的是父节点的左子节点的位置,否则为右子节点的位置 while(current != NULL){ parent = current;//表示插入位置的父节点 if(current->val > val){ //如果当前的节点比新节点的值大,那么就往左子节点的方向走 isLeftChild = 1; current = current->left; }else{ isLeftChild = 0; current = current->right; } } if(parent == NULL){ //如果parent为空,说明是一棵空树,此时新节点就是根节点 root = node; }else{ if(isLeftChild) parent->left = node; else parent->right = node; } return root; } //利用递归中序遍历树 void InOrderDisplay(Node *root){ if(root != NULL){ //如果节点不为空,那么递归实现中序遍历 InOrderDisplay(root->left);//先访问左子树 printf("%5d",root->val);//访问自身 InOrderDisplay(root->right);//访问右子树 } } void preOrderDisplay(Node *root){ if(root != NULL){ //如果root节点不为空,那么就进行递归 printf("%5d",root->val); preOrderDisplay(root->left);//访问左子树 preOrderDisplay(root->right);//访问右子树 } } /* 递归实现树的后序遍历 */ void postOrderDisplay(Node *root){ if(root != NULL){ //当前的节点不为空,那么就先访问左子树,然后访问右子树,最后访问当前的节点 postOrderDisplay(root->left); postOrderDisplay(root->right); printf("%5d",root->val); } } /* 利用迭代实现树的后序遍历: 基本思路: 1、判断当前的节点或者栈是否为空,如果其中至少有一个不为空,那么循环继续 2、判断该当前的节点是否为空,如果不为空,那么就将当前的节点及其左子树压入栈中 3、判断当前的栈是否为空,如果不为空,那么就从栈中跳出一个节点 获取这个节点的右子节点,如果这个右子节点为空,那么就将当前的节点输出,然后再吃从栈中跳出一个节点 4、重复上面的2、3步骤 */ void postOrderTraversal(Node *root){ Node *t = root,k,pre;//pre表示上一次访问过的右子节点 Stack *s; if(!createStack(s)){ printf("创建栈失败!!!\n"); return; } while(t != NULL || !isEmpty(s)){ //如果当前的节点不为空或者栈不为空,那么就继续循环遍历 while(t != NULL){ //如果当前的节点不为空,那么就将其压入栈中 pushStack(s,t); t = t->left; } //注意这里并不是从栈中跳出一个节点 if( getTop(s,k) && k.right == NULL || pre.val == k.right->val){ /* 判断当前的栈顶节点的右子节点是否为空,或者这个栈顶的右子节点已经输出过了 如果这个栈顶节点的右子节点为空或者已经输出过了,那么就将这个栈顶节点从栈中跳出,并输出它的值 否则,就将这个栈顶节点的右子树压入栈中,重复循环操作 */ popStack(s,k); pre = k; printf("%5d",k.val); }else{ t = k.right; } } } /* 利用迭代循环实现树的中序遍历 基本思路:利用堆栈实现的 基本步骤: 1、判断当前的节点或者栈是否为空,如果其中至少有一个不为空,那么 这时候将进入循环 2、判断当前的节点是否为空,(必须要判断,因为进入外部循环的循环条件有两个,所以不知道是否因为当前 节点是否为空),如果节点不为空,那么将当前的节点压入栈中,然后当前的节点变成它的左节点,将它的左子树压入 栈中 3、判断栈是否为空,将栈顶节点跳出,并将其输出,然后后去这个跳出节点的右子节点 */ void InOrderTraversal(Node *root){ Stack *s; Node *t = root,k; if(!createStack(s)){ printf("创建栈失败!!!\n"); return; } while(t != NULL || !isEmpty(s)){ while(t != NULL){ pushStack(s,t);//将当前的节点及其左子树压入栈中 t = t->left; } if(!isEmpty(s)){ //从栈中跳出最后一个左子节点的父节点 popStack(s,k); printf("%5d",k.val); t = k.right;//将其右子数压入栈中 } } } /* 前序遍历的非递归实现: 基本思路:利用栈实现的 1、如果当前节点不为空或者当前栈不为空,那么就进入循环语句 2、如果当前的节点不为空,那么这时候将当前的节点输出,然后将当前节点压入栈中 然后这个节点往它的左子节点的方向移动,重复2的步骤,知道左子节点为空 3、如果栈不为空,那么就从栈中跳出一个节点,然后将往这个节点的右子树方向移动 4、重复上面的2、3步骤 */ void preOrderTraversal(Node *root){ Stack *s; if(!createStack(s)){ printf("创建栈失败!!!\n"); return; } Node *t = root,k; while(t != NULL || !isEmpty(s)){ //当前的节点不为空,或者栈不为空,那么就继续进循环 while(t!= NULL){ //如果当前的节点不为空,那么就将当前的节点输出,然后将它的左子树压入栈中 printf("%5d",t->val);//由于是前序遍历,那么先输出父节点的值 pushStack(s,t); t = t->left; } if(!isEmpty(s)){ //如果栈不为空,那么这时候,将从栈中跳出一个节点,并且将获得它的右子树,然后将右子树压入栈中 popStack(s,k); t = k.right;//将右子树重复上面的操作 } } } int main(){ int n,i,val; Node *root = NULL; printf("请输入树的节点个数:"); scanf("%d",&n); printf("请输入各个节点的值:"); for(i = 0; i < n; i++){ scanf("%d",&val); root = insert(root,val); } printf("递归实现树的中序遍历:"); InOrderDisplay(root); printf("\n"); printf("迭代实现数的中序遍历:"); InOrderTraversal(root); printf("\n"); printf("递归实现树的前序遍历:"); preOrderDisplay(root); printf("\n"); printf("迭代实现树的前序遍历:"); preOrderTraversal(root); printf("\n"); printf("递归实现树的后序遍历:"); postOrderDisplay(root); printf("\n"); printf("迭代实现树的后序遍历:"); postOrderTraversal(root); printf("\n"); return 0; }
运行结果:
层序遍历
二叉搜索树的层序遍历,需要使用到队列。
基本思路:
1·、定义一个队列
2、创建二叉搜索树
3、将当前的根节点压入到队列中
4、当队列不为空的时候,那么我们将从队列中跳出节点,将它的值输出,然后判断它的左右子节点是否为空,如果不为空,那么我们就将他们压入到队列中
5、重复4的操作,直到队列为空,此时层序遍历完成。
代码实现:
/* 实现二叉树的层序遍历基本思路: 利用队列来实现的 1、判断当前的节点是否为空或者队列是否为空,如果 不为空,那么就将当前的节点压入队列,同时需要判断当前 节点的子节点是否为空,如果不为空,那么同样的将它的子节点压入队列中 2、如果把这个节点的子节点压入道队列之后,那么这时候我们需要将从 队列中跳出一个节点,然后将这个节点的信息输出。 3、获取队列头,如果队列头不为空,那么这时候重复2的操作 */ #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define MAX_SIZE 100 #define ERROR 0 #define OK 1 typedef struct NODE * Node; typedef Node * List; struct NODE{ int val; Node left; Node right; }; typedef struct QUEUE{ List arr; int front;//队头指针 int rear;//队尾指针 }Queue; int init(Queue &s){ s.arr = (List)malloc(sizeof(List) * MAX_SIZE);//定义一个指针类型的数组 if(s.arr == NULL){ return ERROR; } int i; //给数组初始化之后还没有可以,还需要给所有的节点分配空间,如果没有这一步,那么就会发生报错 for(i = 0; i < MAX_SIZE; i++){ s.arr[i] = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); if(s.arr[i] == NULL) return ERROR; } s.front = s.rear = 0;//将队头指针、队尾指针都初始为0 return OK; } //压入队列 int pushQueue(Queue &s,Node &node){ if((s.rear + 1) % MAX_SIZE == s.front){ //如果栈满了,返回ERROR printf("队列为满!!!\n"); return ERROR; } s.arr[s.rear] = node; s.rear = (s.rear + 1) % MAX_SIZE; return OK; } int popQueue(Queue &s,Node &k){ if(s.rear == s.front){ //printf("队列为空!!!\n"); return ERROR; } k = s.arr[s.front]; s.front = (s.front + 1) % MAX_SIZE; return OK; } int getTop(Queue &s,Node &k){ if(s.rear == s.front){ //printf("队列为空!!!\n"); return ERROR; } k = s.arr[s.front]; return OK; } int isEmpty(Queue &s){ return s.rear == s.front;//判断队列是否为空 } int getSize(Queue &s){ return (s.rear - s.front + MAX_SIZE)%MAX_SIZE;//获取队列的个数 } /* 利用递归创建二叉查找树 基本思路: 1、首先判断当前的节点是否为空,如果为空,就说明这个位置是新节点要插入的位 置此时需要给新节点分配空间,判断创建节点是否成功,如果失败,那么输出错误信 息,否则将这个节点返回 2、如果当前的节点不为空,那么这时候拿当前节点和新节点的值进行比较,如果 新节点的值大于等于当前的节点,那么意味着新节点会插入在当前节点的右子树位 置,否则插入在当前节点的左子树位置 */ Node createBinaryTree(Node root,int x){ if(root == NULL){ Node node = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); if(node == NULL){ //printf("创建新节点失败!!!\n"); exit(0); } node->val = x; node->left = NULL; node->right = NULL; root = node; }else{ //如果当前的节点不为空,说明不是要插入的位置,需要和当前节点的值进行 //比较,如果大于等于当前节点的值,那么往右子树的方向进行递归,否则往左子树方向递归 if(x < root->val){ root->left = createBinaryTree(root->left,x); }else{ root->right = createBinaryTree(root->right,x); } } return root; } /* 利用递归实现树的后序遍历 */ void postOrderTraversal(Node root){ if(root != NULL){ //如果当前的节点不为空,那么就先访问左子树,然后访问右子树,最后访问自身 postOrderTraversal(root->left); postOrderTraversal(root->right); printf("%5d",root->val); } } /* 利用递归实现树的前序遍历 */ void preOrderTraversal(Node root){ if(root != NULL){ printf("%5d",root->val); preOrderTraversal(root->left); preOrderTraversal(root->right); } } /* 利用队列实现树的层序遍历 */ void levelOrderTraversal(Node root){ Node t = root,k; Queue q; init(q); pushQueue(q,t);//将根节点压入队列中 while(!isEmpty(q)){ //如果队列不为空,那么就继续进行循环 popQueue(q,t);//将从队列中跳出一个节点,然后将这个节点的信息输出 printf("%5d",t->val); /* 判断从队列中跳出的节点是否含有左右子节点,如果含有,那么就将这个节 点的左右子节点压入到队列中 */ if(t->left != NULL){ pushQueue(q,t->left); } if(t->right != NULL){ pushQueue(q,t->right); } } } /* 为了使层序遍历看的更加直观,我们将定义一个临时变量size,表示在压入队列之前 队列的元素个数,然后将队列中的元素不断跳出,并且输出对应的信息,与此同时, 每跳出一个节点,我们都需要判断这个节点是否含有左右子节点,如果含有,那么就 将它的子节点压入到队列中去 */ void levelOrderTraversal2(Node root){ Node t = root,k; Queue q; int size,i; init(q); pushQueue(q,t);//将根节点压入队列中 while(!isEmpty(q)){ size = getSize(q); for(i = 1; i <= size; i++){ popQueue(q,k); printf("%5d",k->val); //每跳出一个节点,那么就将它的左右子节点压入到队列中 if(k->left != NULL){ pushQueue(q,k->left); } if(k->right != NULL){ pushQueue(q,k->right); } } printf("\n"); } } int main(){ int n,i,val; printf("请输入节点个数:"); scanf("%d",&n); printf("请输入各个节点的值:"); Node root = NULL; //创建二叉查找树 for(i = 0; i < n; i++){ scanf("%d",&val); root = createBinaryTree(root,val); } //实现它的后序遍历 printf("递归实现树的后序遍历:"); postOrderTraversal(root); printf("\n递归实现树的前序遍历:"); preOrderTraversal(root); printf("\n实现树的层序遍历:"); levelOrderTraversal(root); printf("\n递归实现树的层序遍历2\n:"); levelOrderTraversal2(root); return 0; }
运行结果:
4、二叉树的高度
求解二叉树某一个节点的高度的时候,我们需要获得这个节点的左右子树的高度,然后将两者中的最大值加1就是当前这个节点的高度.
对应的代码:
//节点 typedef struct NODE{ int val; struct NODE *left; struct NODE *right; }Node; int getHeight(Node * root){ int hl = 0,hr = 0,max;//hl表示的使左子树的高度,hr表示的使右子树的高度 if(root != NULL){ //当前的节点不为空,获取左右子树的高度 hl = getHeight(root->left); hr = getHeight(root->right); max = hl > hr ? hl : hr; return max + 1;//左右子数高度的最大值加1就是当前节点的高度 }else return 0;//如果当前节点为空,那么它的高度为0 }
5、二叉树的删除
二叉搜索树的删除需要考虑三种情况:删除的节点是一个叶子节点、是一个含有一个子节点的节点、是一个含有两个子节点的节点。需要综合这三种情况进行书写代码。
Node deleteElement(Node root,int x){ if(root == NULL){ printf("节点为空,无法进行删除操作!!!"); }else if(x < root->val){ root->left = deleteElement(root->left,x); }else if(x > root->val){ root->right = deleteElement(root->right,x); }else{ /*如果当前的节点是要删除的节点 判断这个删除的节点是否为一个叶节点,如果是,那么直接将其变成NULL即可 否则,如果这个删除节点只有一个子节点,那么就将子节点的值赋值给这个删 除节点,然后将它的子节点变成为NULL,否则,如果这个删除节点含有两个子节点,那么 就将遍历它的右子树,获取右子树中的最小值,然后将这个右子树的最小值赋值给这个 删除节点的值,在将这个最小值变成NULL */ if(root->left != NULL && root->right != NULL){ //删除节点含有两个子节点 Node tmp = findMin(root->right); root->val = tmp->val; root->right = deleteElement(root->right,tmp->val); }else{ /* 下面的代码如果使这样写的话,会发生错误的,为什么会这样呢? 其实很简单,因为这里已经包括了两种情况了,删除的节点是一个叶 节点或者只有一个子节点的节点,如果是这样写的话,并没有解决删 除节点是一个叶节点的情况,只是把这个删除节点的内存空间释放了 Node *t = root; if(root->left != NULL){ root = root->left; }else if(root->right != NULL){ root = root->right; } free(t);//释放删除的节点 */ Node t = root; if(root->left == NULL){ /* 如果当前节点的左子节点为空,那么就用它的右子节点替换当前节 点,否则用左子节替换,这样进行判断的好处就是,如果这个删除节点 是一个叶节点,那么两个子节点都是空的,那么这时候root = root- >right = NULL了,如果这个删除节点含有一个子节点,并且它的左 子节点为空,那么这个节点就用它的右子节点替换,下面的if判断同 理 */ root = root->right; }else if(root->right == NULL){ root = root->left; } free(t);//释放删除的节点 } } return root; }
6、由几种遍历序列还原二叉树
前序序列、中序序列还原二叉树:
Node getBinaryTree(int preOrder_arr[],int left,int right,int inOrder_arr[],int low,int high){ //结束递归的条件 if(left >= right){ //如果只有一个节点,那么就结束递归 return NULL; } int index,root,lcount = 0,rcount = 0; root = preOrder_arr[left];//有前序序列得到根节点 index = getRoot(inOrder_arr,low,high,root);//在中序数组中获取根节点的下标 //由根节点的下标,我们可以直到左子树有多少个节点,右子树有多少个节点 lcount = index - low; rcount = high - index - 1; //创建根节点 Node node = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); node->val = root; //递归获得根节点的左子树 node->left = getBinaryTree(preOrder_arr,left + 1,left + lcount + 1,inOrder_arr,low,index); //递归获得根节点的右子树 node->right = getBinaryTree(preOrder_arr,left+lcount + 1,right,inOrder_arr,index + 1,high); return node; }
中序序列、后序序列还原二叉树:
//由中序序列、后序序列还原二叉树 Node getBinaryTree2(int inOrder_arr[],int low,int high,int postOrder_arr[],int left,int right){ if(left >= right){ //如果只有一个节点,那么就结束递归 return NULL; } int index,root,lcount = 0,rcount = 0; root = postOrder_arr[right - 1];//后序序列最后一个节点是根节点 index = getRoot(inOrder_arr,low,high,root);//在中序序列中找到根节点的下标 //创建根节点 Node node = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); node->val = root; //获取左右子数的节点个数 lcount = index - low; rcount = high - index - 1; // printf("根节点的左子树有%d个,右子树有%d个\n",lcount,rcount); //创建按根节点的左子树 node->left = getBinaryTree2(inOrder_arr,low,index,postOrder_arr,left,left + lcount); //创建根节点的右子树 node->right = getBinaryTree2(inOrder_arr,index + 1,high,postOrder_arr,left + lcount,right - 1); return node; }
测试运行代码:
/* 给出两种遍历序列(前序和中序、中序和后序),然后以这两种序列为依据还原二叉树 1、根据前序序列、中序序列还原二叉树 基本思路: 1、定义两个数组,表示两种序列的输出 2、由于前序序列,那么第一个数必定是一个根节点,所以我们有前序 序列,在中序序列中找到根节点对应的下标,从而我们由中序序列也知道了 根节点的左边是他的左子树,右边是他的右子树,那么我们将中序序列就划分成为了 两个子数组,同时也有左、右子数的节点个数,将前序序列也划分成为2哥子数组 3、重复步骤2,直到子数组中的只有一个节点或者没有,这时候结束递归 2、根据中序序列、后序序列还原二叉树 基本思路:和1的一样,只是在由后序序列找到根节点的值有所不同,因为后序序列的根节点 在最后一个,其他的步骤相似 请输入节点的个数:12 请输入前序序列:10 9 7 6 8 15 14 11 14 19 18 21 请输入中序序列:6 7 8 9 10 11 14 14 15 18 19 21 请输入后序序列:6 8 7 9 11 14 14 18 21 19 15 10 */ #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define MAX_SIZE 100 #define ERROR 0 #define OK 1 typedef struct NODE * Node; typedef Node * List; struct NODE{ int val; Node left; Node right; }; typedef struct QUEUE{ List arr; int front;//队头指针 int rear;//队尾指针 }Queue; int init(Queue &s){ s.arr = (List)malloc(sizeof(List) * MAX_SIZE);//定义一个指针类型的数组 if(s.arr == NULL){ return ERROR; } int i; //给叔组初始化之后还没有可以,还需要给所有的节点分配空间,如果没有这一步,那么就会发生报错 for(i = 0; i < MAX_SIZE; i++){ s.arr[i] = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); if(s.arr[i] == NULL) return ERROR; } s.front = s.rear = 0;//将队头指针、队尾指针都初始为0 return OK; } //压入队列 int pushQueue(Queue &s,Node &node){ if((s.rear + 1) % MAX_SIZE == s.front){ //如果栈满了,返回ERROR printf("队列为满!!!\n"); return ERROR; } s.arr[s.rear] = node; s.rear = (s.rear + 1) % MAX_SIZE; return OK; } int popQueue(Queue &s,Node &k){ if(s.rear == s.front){ //printf("队列为空!!!\n"); return ERROR; } k = s.arr[s.front]; s.front = (s.front + 1) % MAX_SIZE; return OK; } int getTop(Queue &s,Node &k){ if(s.rear == s.front){ //printf("队列为空!!!\n"); return ERROR; } k = s.arr[s.front]; return OK; } int isEmpty(Queue &s){ return s.rear == s.front;//判断队列是否为空 } int getSize(Queue &s){ return (s.rear - s.front + MAX_SIZE)%MAX_SIZE;//获取队列的个数 } //利用递归构建二叉树 Node createBinaryTree(Node root,int x){ if(root == NULL){ root = (Node )malloc(sizeof(struct NODE)); if(root == NULL){ printf("创建节点失败!!!\n"); exit(0); } root->val = x; root->left = NULL; root->right = NULL; }else{ //如果根节点不为空,那么就绪要找打新节点的位置 if(x < root->val){ //如果新节点的值比当前节点的值小,那么就需要将其往当前节点的左子树方向找 root->left = createBinaryTree(root->left,x); }else{ root->right = createBinaryTree(root->right,x); } } return root; } //层序遍历 void levelOrderTraversal2(Node root){ Node t = root,k; Queue q; int size,i,count = 1; init(q); pushQueue(q,t);//将根节点压入队列中 while(!isEmpty(q)){ size = getSize(q); for(i = 1; i <= size; i++){ popQueue(q,k); printf("%5d",k->val); //每跳出一个节点,那么就将它的左右子节点压入到队列中 if(k->left != NULL){ pushQueue(q,k->left); } if(k->right != NULL){ pushQueue(q,k->right); } } printf("\n"); } } //通过循环找树中的最小值 Node findMin(Node root){ Node current = root; while(current->left != NULL){ current = current->left; } return current; } //获取二叉搜索树的高度 int getHeight(Node root){ int hl = 0,hr = 0,max;//hl表示的使左子树的高度,hr表示的使右子树的高度 if(root != NULL){ //当前的节点不为空,获取左右子树的高度 hl = getHeight(root->left); hr = getHeight(root->right); max = hl > hr ? hl : hr; return max + 1;//左右子数高度的最大值加1就是当前节点的高度 }else return 0;//如果当前节点为空,那么它的高度为0 } /* 查找值为x的节点,然后将其返回 */ Node findElement(Node root,int x){ Node current = root; while(current != NULL){ if(x < current->val)//如果当前的节点的值大于x的值,那么就往左子树的方向进行查找 current = current->left; else if(x > current->val) current = current->right; else return current; } return NULL;//如果退出循环了,说明没有办法找到x的节点 } /* 删除值为x的节点(如果x出现了多次,那么就会删除第一个x) 这时候我们需要将分为几种情况进行讨论: 1、删除的节点是一个叶节点,直接将这个节点释放即可 2、如果删除的节点含有一个子节点,那么这时候我们将这个删除节点的子节点 替换掉这个节点即可 3、如果这个删除节点含有两个子节点,那么我们将它的右子树中的最小节点的值赋给 当前节点的值,那么这时候变成了删除右子树中的最小节点了(即前面的两种情况) */ Node deleteElement(Node root,int x){ if(root == NULL){ printf("节点为空,无法进行删除操作!!!"); }else if(x < root->val){ root->left = deleteElement(root->left,x); }else if(x > root->val){ root->right = deleteElement(root->right,x); }else{ /*如果当前的节点是要删除的节点 判断这个删除的节点是否为一个叶节点,如果是,那么直接将其变成NULL即可 否则,如果这个删除节点只有一个子节点,那么就将子节点的值赋值给这个删 除节点,然后将它的子节点变成为NULL,否则,如果这个删除节点含有两个子节点,那么 就将遍历它的右子树,获取右子树中的最小值,然后将这个右子树的最小值赋值给这个 删除节点的值,在将这个最小值变成NULL */ if(root->left != NULL && root->right != NULL){ //删除节点含有两个子节点 Node tmp = findMin(root->right); root->val = tmp->val; root->right = deleteElement(root->right,tmp->val); }else{ /* 下面的代码如果使这样写的话,会发生错误的,为什么会这样呢? 其实很简单,因为这里已经包括了两种情况了,删除的节点是一个叶 节点或者只有一个子节点的节点,如果是这样写的话,并没有解决删 除节点是一个叶节点的情况,只是把这个删除节点的内存空间释放了 Node *t = root; if(root->left != NULL){ root = root->left; }else if(root->right != NULL){ root = root->right; } free(t);//释放删除的节点 */ Node t = root; if(root->left == NULL){ /* 如果当前节点的左子节点为空,那么就用它的右子节点替换当前节 点,否则用左子节替换,这样进行判断的好处就是,如果这个删除节点 是一个叶节点,那么两个子节点都是空的,那么这时候root = root- >right = NULL了,如果这个删除节点含有一个子节点,并且它的左 子节点为空,那么这个节点就用它的右子节点替换,下面的if判断同 理 */ root = root->right; }else if(root->right == NULL){ root = root->left; } free(t);//释放删除的节点 } } return root; } //利用递归的方式实现后序遍历 void postOrderDisplay(Node root){ if(root != 0){ postOrderDisplay(root->left); postOrderDisplay(root->right); printf("%d ",root->val); } } //利用递归的方式实现前序遍历 void preOrderDisplay(Node root){ if(root != 0){ printf("%d ",root->val); preOrderDisplay(root->left); preOrderDisplay(root->right); } } void input(int arr[],int n){ int i; for(i = 0; i < n; i++) scanf("%d",&arr[i]); } int getRoot(int inOrder_arr[],int low,int high,int x){ int i; for(i = low; i < high; i++){ if(inOrder_arr[i] == x) return i; } return -1; } Node getBinaryTree(int preOrder_arr[],int left,int right,int inOrder_arr[],int low,int high){ //结束递归的条件 if(left >= right){ //如果只有一个节点,那么就结束递归 return NULL; } int index,root,lcount = 0,rcount = 0; root = preOrder_arr[left];//有前序序列得到根节点 index = getRoot(inOrder_arr,low,high,root);//在中序数组中获取根节点的下标 //由根节点的下标,我们可以直到左子树有多少个节点,右子树有多少个节点 lcount = index - low; rcount = high - index - 1; //创建根节点 Node node = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); node->val = root; //递归获得根节点的左子树 node->left = getBinaryTree(preOrder_arr,left + 1,left + lcount + 1,inOrder_arr,low,index); //递归获得根节点的右子树 node->right = getBinaryTree(preOrder_arr,left+lcount + 1,right,inOrder_arr,index + 1,high); return node; } //由中序序列、后序序列还原二叉树 Node getBinaryTree2(int inOrder_arr[],int low,int high,int postOrder_arr[],int left,int right){ if(left >= right){ //如果只有一个节点,那么就结束递归 return NULL; } int index,root,lcount = 0,rcount = 0; root = postOrder_arr[right - 1];//后序序列最后一个节点是根节点 index = getRoot(inOrder_arr,low,high,root);//在中序序列中找到根节点的下标 //创建根节点 Node node = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); node->val = root; //获取左右子数的节点个数 lcount = index - low; rcount = high - index - 1; // printf("根节点的左子树有%d个,右子树有%d个\n",lcount,rcount); //创建按根节点的左子树 node->left = getBinaryTree2(inOrder_arr,low,index,postOrder_arr,left,left + lcount); //创建根节点的右子树 node->right = getBinaryTree2(inOrder_arr,index + 1,high,postOrder_arr,left + lcount,right - 1); return node; } int main(){ int preOrder_arr[MAX_SIZE],inOrder_arr[MAX_SIZE],postOrder_arr[MAX_SIZE];//定义两个数组,分别表示前序序列、中序序列 int n,i; Node root; printf("请输入节点的个数:"); scanf("%d",&n); printf("请输入前序序列:"); input(preOrder_arr,n); printf("请输入中序序列:"); input(inOrder_arr,n); printf("请输入后序序列:"); input(postOrder_arr,n); root = getBinaryTree(preOrder_arr,0,n,inOrder_arr,0,n); printf("递归实现由前序序列、中序序列还原的二叉树的后序遍历:"); postOrderDisplay(root); printf("\n"); root = getBinaryTree2(inOrder_arr,0,n,postOrder_arr,0,n); printf("递归实现由中序序列、后序序列还原的二叉树的前序遍历:"); preOrderDisplay(root); printf("\n两种序列还原的二叉树的高度为:"); printf("%d\n",getHeight(root)); printf("请输入要删除的节点:"); while(scanf("%d",&n) != EOF){ if(n == 0) break; root = deleteElement(root,n); printf("删除节点之后二叉树的后序遍历:"); postOrderDisplay(root); printf("\n删除节点之后的二叉树的高度为:"); printf("%d\n",getHeight(root)); printf("删除节点之后的层序遍历:\n"); levelOrderTraversal2(root); printf("请输入要删除的节点:"); } return 0; }
运行结果:
所有应用的完整代码:
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #define MAX_SIZE 100 #define INCREMENT 10 #define ERROR 0 #define OK 1 typedef struct NODE * Node; typedef Node * List;//定义二重指针 struct NODE{ int val; Node left,right; }; typedef struct QUEUE{ List arr; int front;//队头指针 int rear;//队尾指针 }Queue; int init(Queue &s){ s.arr = (List)malloc(sizeof(List) * MAX_SIZE);//定义一个指针类型的数组 if(s.arr == NULL){ return ERROR; } int i; //给叔组初始化之后还没有可以,还需要给所有的节点分配空间,如果没有这一步,那么就会发生报错 for(i = 0; i < MAX_SIZE; i++){ s.arr[i] = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); if(s.arr[i] == NULL) return ERROR; } s.front = s.rear = 0;//将队头指针、队尾指针都初始为0 return OK; } //压入队列 int pushQueue(Queue &s,Node &node){ if((s.rear + 1) % MAX_SIZE == s.front){ //如果栈满了,返回ERROR printf("队列为满!!!\n"); return ERROR; } s.arr[s.rear] = node; s.rear = (s.rear + 1) % MAX_SIZE; return OK; } int popQueue(Queue &s,Node &k){ if(s.rear == s.front){ //printf("队列为空!!!\n"); return ERROR; } k = s.arr[s.front]; s.front = (s.front + 1) % MAX_SIZE; return OK; } int getTop(Queue &s,Node &k){ if(s.rear == s.front){ //printf("队列为空!!!\n"); return ERROR; } k = s.arr[s.front]; return OK; } int isEmpty(Queue &s){ return s.rear == s.front;//判断队列是否为空 } int getSize(Queue &s){ return (s.rear - s.front + MAX_SIZE)%MAX_SIZE;//获取队列的个数 } typedef struct STACK{ List arr; int top; }Stack; //初始化栈 int init(Stack &stack){ stack.arr = (List)malloc(sizeof(List) * MAX_SIZE);//创建一个指针数组 if(stack.arr == NULL){ printf("创建节点数组失败!!!\n"); return ERROR; } //在创建完指针数组之后,还需要将它的节点进行分配空间,否则会发生错误 int i; for(i = 0; i < MAX_SIZE; i++){ stack.arr[i] = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); if(stack.arr[i] == NULL){ printf("创建节点失败!!!\n"); return ERROR; } } stack.top = 0; return OK; } //压栈 int push(Stack &stack,Node node){ if(stack.top >= MAX_SIZE){ //如果栈满了,那么我们需要重新分配空间 List newBase = (List)realloc(stack.arr,sizeof(List) * (MAX_SIZE + INCREMENT)); if(newBase == NULL){ printf("重新分配空间失败!!!\n"); return ERROR; } stack.arr = newBase; } stack.arr[stack.top++] = node; return OK; } //出栈 int pop(Stack &stack,Node &k){ if(stack.top == 0) return ERROR; k = stack.arr[--stack.top]; return OK; } int isEmpty(Stack &stack){ return stack.top == 0; } //利用递归创建二叉树 Node createTree(Node T,int x){ if(T == NULL){ T = (Node)malloc(sizeof(struct NODE)); if(T == NULL){ //如果分配空间错误,那么输出对应的信息,然后退出虚拟机 printf("创建节点错误"); exit(0); } T->val = x; T->left = NULL; T->right = NULL; }else{ //如果当前的节点不为空,那么就需要找到x的位置 if(x < T->val) T->left = createTree(T->left,x); else T->right = createTree(T->right,x); } /* int isLeftChild = 0; Node *current = T,*parent = NULL,*node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); while(current != NULL){ parent = current; if(x < current->val){ current = current->left; isLeftChild = 1; }else{ current = current->right; isLeftChild = 0; } } node->val = x; node->left = NULL; node->right = NULL; if(parent == NULL){ T = node; }else{ if(isLeftChild){ parent->left = node; }else{ parent->right = node; } } */ return T; } //利用非递归的方式进行前序遍历(这时候需要用到栈) void preOrderDisplay(Node t){ Stack stack; init(stack); Node root = t,tmp; while(root != NULL || !isEmpty(stack)){ while(root !=NULL){ //将左子数的所有节点压入到栈中 /* if(root->left == NULL && root->right == NULL) printf("%d ",root->val);//将叶子节点输出 */ printf("%d ",root->val); push(stack,root); root = root->left; } if(!isEmpty(stack)){ //如果栈不为空,那么我们需要从栈中跳出一个节点 pop(stack,root); root = root->right; } } } //层序遍历 void levelOrderTraversal2(Node root){ Node t = root,k; Queue q; int size,i,count = 1; init(q); pushQueue(q,t);//将根节点压入队列中 while(!isEmpty(q)){ size = getSize(q); for(i = 1; i <= size; i++){ popQueue(q,k); printf("%5d",k->val); //每跳出一个节点,那么就将它的左右子节点压入到队列中 if(k->left != NULL){ pushQueue(q,k->left); } if(k->right != NULL){ pushQueue(q,k->right); } } printf("\n"); } } void preOrderDisplay2(Node root){ if(root != NULL){ /* if(root->left == NULL && root->right == NULL) printf("%d ",root->val);//通过前序遍历,将所有的叶子节点输出 */ printf("%5d",root->val); preOrderDisplay2(root->left); preOrderDisplay2(root->right); } } Node findMin(Node root){ Node current = root; while(current->left != NULL){ current = current->left; } return current; } Node deleteElement(Node root,int x){ if(root == NULL){ printf("节点为空,无法进行删除操作!!!"); }else if(x < root->val){ root->left = deleteElement(root->left,x); }else if(x > root->val){ root->right = deleteElement(root->right,x); }else{ /*如果当前的节点是要删除的节点 判断这个删除的节点是否为一个叶节点,如果是,那么直接将其变成NULL即可 否则,如果这个删除节点只有一个子节点,那么就将子节点的值赋值给这个删 除节点,然后将它的子节点变成为NULL,否则,如果这个删除节点含有两个子节点,那么 就将遍历它的右子树,获取右子树中的最小值,然后将这个右子树的最小值赋值给这个 删除节点的值,在将这个最小值变成NULL */ if(root->left != NULL && root->right != NULL){ //删除节点含有两个子节点 Node tmp = findMin(root->right); root->val = tmp->val; root->right = deleteElement(root->right,tmp->val); }else{ /* 下面的代码如果使这样写的话,会发生错误的,为什么会这样呢? 其实很简单,因为这里已经包括了两种情况了,删除的节点是一个叶 节点或者只有一个子节点的节点,如果是这样写的话,并没有解决删 除节点是一个叶节点的情况,只是把这个删除节点的内存空间释放了 Node *t = root; if(root->left != NULL){ root = root->left; }else if(root->right != NULL){ root = root->right; } free(t);//释放删除的节点 */ Node t = root; if(root->left == NULL){ /* 如果当前节点的左子节点为空,那么就用它的右子节点替换当前节 点,否则用左子节替换,这样进行判断的好处就是,如果这个删除节点 是一个叶节点,那么两个子节点都是空的,那么这时候root = root- >right = NULL了,如果这个删除节点含有一个子节点,并且它的左 子节点为空,那么这个节点就用它的右子节点替换,下面的if判断同 理 */ root = root->right; }else if(root->right == NULL){ root = root->left; } free(t);//释放删除的节点 } } return root; } /* 获取二叉树的高度:等于左右子树高度的最大值加上1,那么 我们需要可以通过递归来获取当前节点的左右子树的高度,然后 将左右子树的高度加1就是当前这个节点的高度了 */ int getHeight(Node t){ int hl = 0,hr = 0,max;//hl表示当前节点的左子树的高度,hr表示的是当前节点的右子树的高度 if(t != NULL){ //注意这里不是+=,而是直接赋值 hl = getHeight(t->left); hr = getHeight(t->right); max = hl > hr ? hl : hr; return (max + 1); }else return 0; } int main(){ Node root = NULL; int n,i,x; scanf("%d",&n); for(i = 0; i < n; i++){ scanf("%d",&x); root = createTree(root,x); } printf("递归实现二叉树的前序遍历:"); preOrderDisplay2(root); printf("\n迭代实现二叉树的前序遍历:"); preOrderDisplay(root); printf("请输入删除的节点:"); while(scanf("%d",&n) != EOF){ deleteElement(root,n); printf("删除节点之后前序遍历:"); preOrderDisplay(root); printf("\n删除节点之后层序遍历:\n"); levelOrderTraversal2(root); printf("\n二叉树的高度为:%d\n",getHeight(root)); printf("请输入删除的节点:"); } return 0; }
运行结果:
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