Merge branch 'master' into master
@@ -92,7 +92,14 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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=== "C#"
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```csharp title="avl_tree.cs"
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/* AVL 树结点类 */
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class TreeNode {
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public int val; // 结点值
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||||
public int height; // 结点高度
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public TreeNode? left; // 左子结点
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public TreeNode? right; // 右子结点
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public TreeNode(int x) { val = x; }
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}
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```
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||||
「结点高度」是最远叶结点到该结点的距离,即走过的「边」的数量。需要特别注意,**叶结点的高度为 0 ,空结点的高度为 -1** 。我们封装两个工具函数,分别用于获取与更新结点的高度。
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@@ -162,7 +169,19 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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=== "C#"
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```csharp title="avl_tree.cs"
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/* 获取结点高度 */
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public int height(TreeNode? node)
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{
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||||
// 空结点高度为 -1 ,叶结点高度为 0
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||||
return node == null ? -1 : node.height;
|
||||
}
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/* 更新结点高度 */
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private void updateHeight(TreeNode node)
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||||
{
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||||
// 结点高度等于最高子树高度 + 1
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node.height = Math.Max(height(node.left), height(node.right)) + 1;
|
||||
}
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```
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### 结点平衡因子
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@@ -226,7 +245,14 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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=== "C#"
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```csharp title="avl_tree.cs"
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||||
/* 获取平衡因子 */
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public int balanceFactor(TreeNode? node)
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||||
{
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||||
// 空结点平衡因子为 0
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||||
if (node == null) return 0;
|
||||
// 结点平衡因子 = 左子树高度 - 右子树高度
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||||
return height(node.left) - height(node.right);
|
||||
}
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||||
```
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||||
!!! note
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@@ -256,7 +282,7 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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||||
“向右旋转” 是一种形象化的说法,实际需要通过修改结点指针实现,代码如下所示。
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“向右旋转”是一种形象化的说法,实际需要通过修改结点指针实现,代码如下所示。
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=== "Java"
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@@ -326,12 +352,26 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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=== "C#"
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||||
```csharp title="avl_tree.cs"
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||||
/* 右旋操作 */
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TreeNode? rightRotate(TreeNode? node)
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||||
{
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||||
TreeNode? child = node.left;
|
||||
TreeNode? grandChild = child?.right;
|
||||
// 以 child 为原点,将 node 向右旋转
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||||
child.right = node;
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||||
node.left = grandChild;
|
||||
// 更新结点高度
|
||||
updateHeight(node);
|
||||
updateHeight(child);
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||||
// 返回旋转后子树的根节点
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||||
return child;
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||||
}
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```
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### Case 2 - 左旋
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||||
类似地,如果将取上述失衡二叉树的 “镜像” ,那么则需要「左旋」操作。观察发现,**「左旋」和「右旋」操作是镜像对称的,两者对应解决的两种失衡情况也是对称的**。
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||||
类似地,如果将取上述失衡二叉树的“镜像”,那么则需要「左旋」操作。观察发现,**「左旋」和「右旋」操作是镜像对称的,两者对应解决的两种失衡情况也是对称的**。
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@@ -405,7 +445,20 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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=== "C#"
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||||
```csharp title="avl_tree.cs"
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||||
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||||
/* 左旋操作 */
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||||
TreeNode? leftRotate(TreeNode? node)
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||||
{
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||||
TreeNode? child = node.right;
|
||||
TreeNode? grandChild = child?.left;
|
||||
// 以 child 为原点,将 node 向左旋转
|
||||
child.left = node;
|
||||
node.right = grandChild;
|
||||
// 更新结点高度
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||||
updateHeight(node);
|
||||
updateHeight(child);
|
||||
// 返回旋转后子树的根节点
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||||
return child;
|
||||
}
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```
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### Case 3 - 先左后右
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@@ -537,7 +590,44 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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||||
=== "C#"
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||||
```csharp title="avl_tree.cs"
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||||
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||||
/* 执行旋转操作,使该子树重新恢复平衡 */
|
||||
TreeNode? rotate(TreeNode? node)
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||||
{
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||||
// 获取结点 node 的平衡因子
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||||
int balanceFactorInt = balanceFactor(node);
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||||
// 左偏树
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if (balanceFactorInt > 1)
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{
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||||
if (balanceFactor(node.left) >= 0)
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||||
{
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||||
// 右旋
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||||
return rightRotate(node);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
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||||
// 先左旋后右旋
|
||||
node.left = leftRotate(node?.left);
|
||||
return rightRotate(node);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// 右偏树
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||||
if (balanceFactorInt < -1)
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||||
{
|
||||
if (balanceFactor(node.right) <= 0)
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||||
{
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||||
// 左旋
|
||||
return leftRotate(node);
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
// 先右旋后左旋
|
||||
node.right = rightRotate(node?.right);
|
||||
return leftRotate(node);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// 平衡树,无需旋转,直接返回
|
||||
return node;
|
||||
}
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||||
```
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||||
## AVL 树常用操作
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@@ -632,7 +722,30 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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=== "C#"
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||||
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||||
```csharp title="avl_tree.cs"
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||||
|
||||
/* 插入结点 */
|
||||
public TreeNode? insert(int val)
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||||
{
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||||
root = insertHelper(root, val);
|
||||
return root;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归插入结点(辅助函数) */
|
||||
private TreeNode? insertHelper(TreeNode? node, int val)
|
||||
{
|
||||
if (node == null) return new TreeNode(val);
|
||||
/* 1. 查找插入位置,并插入结点 */
|
||||
if (val < node.val)
|
||||
node.left = insertHelper(node.left, val);
|
||||
else if (val > node.val)
|
||||
node.right = insertHelper(node.right, val);
|
||||
else
|
||||
return node; // 重复结点不插入,直接返回
|
||||
updateHeight(node); // 更新结点高度
|
||||
/* 2. 执行旋转操作,使该子树重新恢复平衡 */
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||||
node = rotate(node);
|
||||
// 返回子树的根节点
|
||||
return node;
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
### 删除结点
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@@ -768,7 +881,60 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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=== "C#"
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||||
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||||
```csharp title="avl_tree.cs"
|
||||
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||||
/* 删除结点 */
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||||
public TreeNode? remove(int val)
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||||
{
|
||||
root = removeHelper(root, val);
|
||||
return root;
|
||||
}
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||||
|
||||
/* 递归删除结点(辅助函数) */
|
||||
private TreeNode? removeHelper(TreeNode? node, int val)
|
||||
{
|
||||
if (node == null) return null;
|
||||
/* 1. 查找结点,并删除之 */
|
||||
if (val < node.val)
|
||||
node.left = removeHelper(node.left, val);
|
||||
else if (val > node.val)
|
||||
node.right = removeHelper(node.right, val);
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
if (node.left == null || node.right == null)
|
||||
{
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||||
TreeNode? child = node.left != null ? node.left : node.right;
|
||||
// 子结点数量 = 0 ,直接删除 node 并返回
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||||
if (child == null)
|
||||
return null;
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||||
// 子结点数量 = 1 ,直接删除 node
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||||
else
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||||
node = child;
|
||||
}
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||||
else
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||||
{
|
||||
// 子结点数量 = 2 ,则将中序遍历的下个结点删除,并用该结点替换当前结点
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||||
TreeNode? temp = minNode(node.right);
|
||||
node.right = removeHelper(node.right, temp.val);
|
||||
node.val = temp.val;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
updateHeight(node); // 更新结点高度
|
||||
/* 2. 执行旋转操作,使该子树重新恢复平衡 */
|
||||
node = rotate(node);
|
||||
// 返回子树的根节点
|
||||
return node;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 获取最小结点 */
|
||||
private TreeNode? minNode(TreeNode? node)
|
||||
{
|
||||
if (node == null) return node;
|
||||
// 循环访问左子结点,直到叶结点时为最小结点,跳出
|
||||
while (node.left != null)
|
||||
{
|
||||
node = node.left;
|
||||
}
|
||||
return node;
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
### 查找结点
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||||
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||||
@@ -173,12 +173,28 @@ comments: true
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||||
=== "C#"
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||||
```csharp title="binary_search_tree.cs"
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||||
|
||||
/* 查找结点 */
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||||
TreeNode? search(int num)
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||||
{
|
||||
TreeNode? cur = root;
|
||||
// 循环查找,越过叶结点后跳出
|
||||
while (cur != null)
|
||||
{
|
||||
// 目标结点在 root 的右子树中
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||||
if (cur.val < num) cur = cur.right;
|
||||
// 目标结点在 root 的左子树中
|
||||
else if (cur.val > num) cur = cur.left;
|
||||
// 找到目标结点,跳出循环
|
||||
else break;
|
||||
}
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||||
// 返回目标结点
|
||||
return cur;
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
### 插入结点
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||||
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||||
给定一个待插入元素 `num` ,为了保持二叉搜索树 “左子树 < 根结点 < 右子树” 的性质,插入操作分为两步:
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||||
给定一个待插入元素 `num` ,为了保持二叉搜索树“左子树 < 根结点 < 右子树”的性质,插入操作分为两步:
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||||
|
||||
1. **查找插入位置:** 与查找操作类似,我们从根结点出发,根据当前结点值和 `num` 的大小关系循环向下搜索,直到越过叶结点(遍历到 $\text{null}$ )时跳出循环;
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||||
2. **在该位置插入结点:** 初始化结点 `num` ,将该结点放到 $\text{null}$ 的位置 ;
|
||||
@@ -377,7 +393,33 @@ comments: true
|
||||
=== "C#"
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||||
|
||||
```csharp title="binary_search_tree.cs"
|
||||
/* 插入结点 */
|
||||
TreeNode? insert(int num)
|
||||
{
|
||||
// 若树为空,直接提前返回
|
||||
if (root == null) return null;
|
||||
TreeNode? cur = root, pre = null;
|
||||
// 循环查找,越过叶结点后跳出
|
||||
while (cur != null)
|
||||
{
|
||||
// 找到重复结点,直接返回
|
||||
if (cur.val == num) return null;
|
||||
pre = cur;
|
||||
// 插入位置在 root 的右子树中
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||||
if (cur.val < num) cur = cur.right;
|
||||
// 插入位置在 root 的左子树中
|
||||
else cur = cur.left;
|
||||
}
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||||
|
||||
// 插入结点 val
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||||
TreeNode node = new TreeNode(num);
|
||||
if (pre != null)
|
||||
{
|
||||
if (pre.val < num) pre.right = node;
|
||||
else pre.left = node;
|
||||
}
|
||||
return node;
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
为了插入结点,需要借助 **辅助结点 `prev`** 保存上一轮循环的结点,这样在遍历到 $\text{null}$ 时,我们也可以获取到其父结点,从而完成结点插入操作。
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||||
@@ -386,7 +428,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
### 删除结点
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||||
|
||||
与插入结点一样,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的 “左子树 < 根结点 < 右子树” 的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除结点。接下来,根据待删除结点的子结点数量,删除操作需要分为三种情况:
|
||||
与插入结点一样,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的“左子树 < 根结点 < 右子树”的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除结点。接下来,根据待删除结点的子结点数量,删除操作需要分为三种情况:
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||||
|
||||
**待删除结点的子结点数量 $= 0$ 。** 表明待删除结点是叶结点,直接删除即可。
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||||
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||||
@@ -744,7 +786,68 @@ comments: true
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||||
=== "C#"
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||||
|
||||
```csharp title="binary_search_tree.cs"
|
||||
|
||||
/* 删除结点 */
|
||||
TreeNode? remove(int num)
|
||||
{
|
||||
// 若树为空,直接提前返回
|
||||
if (root == null) return null;
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||||
TreeNode? cur = root, pre = null;
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||||
// 循环查找,越过叶结点后跳出
|
||||
while (cur != null)
|
||||
{
|
||||
// 找到待删除结点,跳出循环
|
||||
if (cur.val == num) break;
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||||
pre = cur;
|
||||
// 待删除结点在 root 的右子树中
|
||||
if (cur.val < num) cur = cur.right;
|
||||
// 待删除结点在 root 的左子树中
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||||
else cur = cur.left;
|
||||
}
|
||||
// 若无待删除结点,则直接返回
|
||||
if (cur == null || pre == null) return null;
|
||||
// 子结点数量 = 0 or 1
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||||
if (cur.left == null || cur.right == null)
|
||||
{
|
||||
// 当子结点数量 = 0 / 1 时, child = null / 该子结点
|
||||
TreeNode? child = cur.left != null ? cur.left : cur.right;
|
||||
// 删除结点 cur
|
||||
if (pre.left == cur)
|
||||
{
|
||||
pre.left = child;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
pre.right = child;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// 子结点数量 = 2
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
// 获取中序遍历中 cur 的下一个结点
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||||
TreeNode? nex = min(cur.right);
|
||||
if (nex != null)
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||||
{
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||||
int tmp = nex.val;
|
||||
// 递归删除结点 nex
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||||
remove(nex.val);
|
||||
// 将 nex 的值复制给 cur
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||||
cur.val = tmp;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return cur;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 获取最小结点 */
|
||||
TreeNode? min(TreeNode? root)
|
||||
{
|
||||
if (root == null) return root;
|
||||
// 循环访问左子结点,直到叶结点时为最小结点,跳出
|
||||
while (root.left != null)
|
||||
{
|
||||
root = root.left;
|
||||
}
|
||||
return root;
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
## 二叉搜索树的优势
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@@ -763,7 +866,7 @@ comments: true
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||||
- **删除元素:** 与无序数组中的情况相同,使用 $O(n)$ 时间;
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||||
- **获取最小 / 最大元素:** 数组头部和尾部元素即是最小和最大元素,使用 $O(1)$ 时间;
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||||
|
||||
观察发现,无序数组和有序数组中的各类操作的时间复杂度是 “偏科” 的,即有的快有的慢;**而二叉搜索树的各项操作的时间复杂度都是对数阶,在数据量 $n$ 很大时有巨大优势**。
|
||||
观察发现,无序数组和有序数组中的各项操作的时间复杂度是“偏科”的,即有的快有的慢;**而二叉搜索树的各项操作的时间复杂度都是对数阶,在数据量 $n$ 很大时有巨大优势**。
|
||||
|
||||
<div class="center-table" markdown>
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||||
|
||||
@@ -778,7 +881,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
## 二叉搜索树的退化
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||||
|
||||
理想情况下,我们希望二叉搜索树的是 “左右平衡” 的(详见「平衡二叉树」章节),此时可以在 $\log n$ 轮循环内查找任意结点。
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||||
理想情况下,我们希望二叉搜索树的是“左右平衡”的(详见「平衡二叉树」章节),此时可以在 $\log n$ 轮循环内查找任意结点。
|
||||
|
||||
如果我们动态地在二叉搜索树中插入与删除结点,**则可能导致二叉树退化为链表**,此时各种操作的时间复杂度也退化之 $O(n)$ 。
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||||
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||||
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|
After Width: | Height: | Size: 72 KiB |
|
After Width: | Height: | Size: 94 KiB |
|
After Width: | Height: | Size: 77 KiB |
|
After Width: | Height: | Size: 68 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 62 KiB After Width: | Height: | Size: 62 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 55 KiB After Width: | Height: | Size: 55 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 49 KiB After Width: | Height: | Size: 49 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 64 KiB After Width: | Height: | Size: 64 KiB |
@@ -4,7 +4,7 @@ comments: true
|
||||
|
||||
# 二叉树
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||||
「二叉树 Binary Tree」是一种非线性数据结构,代表着祖先与后代之间的派生关系,体现着 “一分为二” 的分治逻辑。类似于链表,二叉树也是以结点为单位存储的,结点包含「值」和两个「指针」。
|
||||
「二叉树 Binary Tree」是一种非线性数据结构,代表着祖先与后代之间的派生关系,体现着“一分为二”的分治逻辑。类似于链表,二叉树也是以结点为单位存储的,结点包含「值」和两个「指针」。
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||||
|
||||
=== "Java"
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||||
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||||
@@ -86,7 +86,7 @@ comments: true
|
||||
val: number;
|
||||
left: TreeNode | null;
|
||||
right: TreeNode | null;
|
||||
|
||||
|
||||
constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
|
||||
this.val = val === undefined ? 0 : val; // 结点值
|
||||
this.left = left === undefined ? null : left; // 左子结点指针
|
||||
@@ -98,23 +98,29 @@ comments: true
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title=""
|
||||
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||||
|
||||
```
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||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title=""
|
||||
|
||||
/* 链表结点类 */
|
||||
class TreeNode {
|
||||
int val; // 结点值
|
||||
TreeNode? left; // 左子结点指针
|
||||
TreeNode? right; // 右子结点指针
|
||||
TreeNode(int x) { val = x; }
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
结点的两个指针分别指向「左子结点 Left Child Node」和「右子结点 Right Child Node」,并且称该结点为两个子结点的「父结点 Parent Node」。给定二叉树某结点,将左子结点以下的树称为该结点的「左子树 Left Subtree」,右子树同理。
|
||||
|
||||
除了叶结点外,每个结点都有子结点和子树。例如,若将上图的「结点 2」看作父结点,那么其左子结点和右子结点分别为「结点 4」和「结点 5」,左子树和右子树分别为「结点 4 以下的树」和「结点 5 以下的树」。
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
<p align="center"> Fig. 子结点与子树 </p>
|
||||
|
||||
需要注意,父结点、子结点、子树是可以向下递推的。例如,如果将上图的「结点 2」看作父结点,那么其左子结点和右子结点分别为「结点 4」和「结点 5」,左子树和右子树分别为「结点 4 以下的树」和「结点 5 以下的树」。
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## 二叉树常见术语
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二叉树的术语较多,建议尽量理解并记住。后续可能遗忘,可以在需要使用时回来查看确认。
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@@ -136,27 +142,6 @@ comments: true
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值得注意,我们通常将「高度」和「深度」定义为“走过边的数量”,而有些题目或教材会将其定义为“走过结点的数量”,此时高度或深度都需要 + 1 。
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## 二叉树最佳和最差结构
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当二叉树的每层的结点都被填满时,达到「完美二叉树」;而当所有结点都偏向一边时,二叉树退化为「链表」。
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<p align="center"> Fig. 二叉树的最佳和最差结构 </p>
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如下表所示,在最佳和最差结构下,二叉树的叶结点数量、结点总数、高度等达到极大或极小值。
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<div class="center-table" markdown>
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| | 完美二叉树 | 链表 |
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| ----------------------------- | ---------- | ---------- |
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| 第 $i$ 层的结点数量 | $2^{i-1}$ | $1$ |
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| 树的高度为 $h$ 时的叶结点数量 | $2^h$ | $1$ |
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| 树的高度为 $h$ 时的结点总数 | $2^{h+1} - 1$ | $h + 1$ |
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| 树的结点总数为 $n$ 时的高度 | $\log_2 (n+1) - 1$ | $n - 1$ |
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</div>
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## 二叉树基本操作
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**初始化二叉树。** 与链表类似,先初始化结点,再构建引用指向(即指针)。
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@@ -265,13 +250,24 @@ comments: true
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=== "C"
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```c title="binary_tree.c"
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```
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=== "C#"
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```csharp title="binary_tree.cs"
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/* 初始化二叉树 */
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// 初始化结点
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TreeNode n1 = new TreeNode(1);
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TreeNode n2 = new TreeNode(2);
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TreeNode n3 = new TreeNode(3);
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TreeNode n4 = new TreeNode(4);
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TreeNode n5 = new TreeNode(5);
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||||
// 构建引用指向(即指针)
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n1.left = n2;
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n1.right = n3;
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n2.left = n4;
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n2.right = n5;
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```
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||||
**插入与删除结点。** 与链表类似,插入与删除结点都可以通过修改指针实现。
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@@ -354,422 +350,162 @@ comments: true
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||||
=== "C"
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||||
```c title="binary_tree.c"
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```
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=== "C#"
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```csharp title="binary_tree.cs"
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||||
/* 插入与删除结点 */
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||||
TreeNode P = new TreeNode(0);
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// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
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n1.left = P;
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P.left = n2;
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// 删除结点 P
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||||
n1.left = n2;
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```
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!!! note
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插入结点会改变二叉树的原有逻辑结构,删除结点往往意味着删除了该结点的所有子树。因此,二叉树中的插入与删除一般都是由一套操作配合完成的,这样才能实现有意义的操作。
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## 二叉树遍历
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## 常见二叉树类型
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非线性数据结构的遍历操作比线性数据结构更加复杂,往往需要使用搜索算法来实现。常见的二叉树遍历方式有层序遍历、前序遍历、中序遍历、后序遍历。
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### 完美二叉树
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### 层序遍历
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「完美二叉树 Perfect Binary Tree」的所有层的结点都被完全填满。在完美二叉树中,所有结点的度 = 2 ;若树高度 $= h$ ,则结点总数 $= 2^{h+1} - 1$ ,呈标准的指数级关系,反映着自然界中常见的细胞分裂。
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||||
「层序遍历 Hierarchical-Order Traversal」从顶至底、一层一层地遍历二叉树,并在每层中按照从左到右的顺序访问结点。
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!!! tip
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层序遍历本质上是「广度优先搜索 Breadth-First Traversal」,其体现着一种 “一圈一圈向外” 的层进遍历方式。
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在中文社区中,完美二叉树常被称为「满二叉树」,请注意与完满二叉树区分。
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<p align="center"> Fig. 二叉树的层序遍历 </p>
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### 完全二叉树
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广度优先遍历一般借助「队列」来实现。队列的规则是 “先进先出” ,广度优先遍历的规则是 ”一层层平推“ ,两者背后的思想是一致的。
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「完全二叉树 Complete Binary Tree」只有最底层的结点未被填满,且最底层结点尽量靠左填充。
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=== "Java"
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||||
**完全二叉树非常适合用数组来表示**。如果按照层序遍历序列的顺序来存储,那么空结点 `null` 一定全部出现在序列的尾部,因此我们就可以不用存储这些 null 了。
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||||
```java title="binary_tree_bfs.java"
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||||
/* 层序遍历 */
|
||||
List<Integer> hierOrder(TreeNode root) {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>() {{ add(root); }};
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
List<Integer> list = new ArrayList<>();
|
||||
while (!queue.isEmpty()) {
|
||||
TreeNode node = queue.poll(); // 队列出队
|
||||
list.add(node.val); // 保存结点值
|
||||
if (node.left != null)
|
||||
queue.offer(node.left); // 左子结点入队
|
||||
if (node.right != null)
|
||||
queue.offer(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
```
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||||

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||||
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=== "C++"
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||||
### 完满二叉树
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||||
```cpp title="binary_tree_bfs.cpp"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
vector<int> hierOrder(TreeNode* root) {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
queue<TreeNode*> queue;
|
||||
queue.push(root);
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
vector<int> vec;
|
||||
while (!queue.empty()) {
|
||||
TreeNode* node = queue.front();
|
||||
queue.pop(); // 队列出队
|
||||
vec.push_back(node->val); // 保存结点
|
||||
if (node->left != nullptr)
|
||||
queue.push(node->left); // 左子结点入队
|
||||
if (node->right != nullptr)
|
||||
queue.push(node->right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return vec;
|
||||
}
|
||||
```
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||||
「完满二叉树 Full Binary Tree」除了叶结点之外,其余所有结点都有两个子结点。
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||||
=== "Python"
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||||
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||||
```python title="binary_tree_bfs.py"
|
||||
""" 层序遍历 """
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||||
def hier_order(root):
|
||||
# 初始化队列,加入根结点
|
||||
queue = collections.deque()
|
||||
queue.append(root)
|
||||
# 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
result = []
|
||||
while queue:
|
||||
# 队列出队
|
||||
node = queue.popleft()
|
||||
# 保存节点值
|
||||
result.append(node.val)
|
||||
if node.left is not None:
|
||||
# 左子结点入队
|
||||
queue.append(node.left)
|
||||
if node.right is not None:
|
||||
# 右子结点入队
|
||||
queue.append(node.right)
|
||||
return result
|
||||
```
|
||||
### 平衡二叉树
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||||
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||||
=== "Go"
|
||||
「平衡二叉树 Balanced Binary Tree」中任意结点的左子树和右子树的高度之差的绝对值 $\leq 1$ 。
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||||
```go title="binary_tree_bfs.go"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
func levelOrder(root *TreeNode) []int {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
queue := list.New()
|
||||
queue.PushBack(root)
|
||||
// 初始化一个切片,用于保存遍历序列
|
||||
nums := make([]int, 0)
|
||||
for queue.Len() > 0 {
|
||||
// poll
|
||||
node := queue.Remove(queue.Front()).(*TreeNode)
|
||||
// 保存结点
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
if node.Left != nil {
|
||||
// 左子结点入队
|
||||
queue.PushBack(node.Left)
|
||||
}
|
||||
if node.Right != nil {
|
||||
// 右子结点入队
|
||||
queue.PushBack(node.Right)
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return nums
|
||||
}
|
||||
```
|
||||

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||||
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||||
=== "JavaScript"
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||||
## 二叉树的退化
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||||
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||||
```js title="binary_tree_bfs.js"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
function hierOrder(root) {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
let queue = [root];
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
let list = [];
|
||||
while (queue.length) {
|
||||
let node = queue.shift(); // 队列出队
|
||||
list.push(node.val); // 保存结点
|
||||
if (node.left)
|
||||
queue.push(node.left); // 左子结点入队
|
||||
if (node.right)
|
||||
queue.push(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
```
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||||
当二叉树的每层的结点都被填满时,达到「完美二叉树」;而当所有结点都偏向一边时,二叉树退化为「链表」。
|
||||
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||||
=== "TypeScript"
|
||||
- 完美二叉树是一个二叉树的“最佳状态”,可以完全发挥出二叉树“分治”的优势;
|
||||
- 链表则是另一个极端,各项操作都变为线性操作,时间复杂度退化至 $O(n)$ ;
|
||||
|
||||
```typescript title="binary_tree_bfs.ts"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
function hierOrder(root: TreeNode | null): number[] {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
const queue = [root];
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
const list: number[] = [];
|
||||
while (queue.length) {
|
||||
let node = queue.shift() as TreeNode; // 队列出队
|
||||
list.push(node.val); // 保存结点
|
||||
if (node.left) {
|
||||
queue.push(node.left); // 左子结点入队
|
||||
}
|
||||
if (node.right) {
|
||||
queue.push(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
```
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||||

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||||
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=== "C"
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||||
<p align="center"> Fig. 二叉树的最佳和最差结构 </p>
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```c title="binary_tree_bfs.c"
|
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||||
```
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=== "C#"
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||||
```csharp title="binary_tree_bfs.cs"
|
||||
|
||||
```
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||||
### 前序、中序、后序遍历
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相对地,前、中、后序遍历皆属于「深度优先遍历 Depth-First Traversal」,其体现着一种 “先走到尽头,再回头继续” 的回溯遍历方式。
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||||
如下图所示,左侧是深度优先遍历的的示意图,右上方是对应的递归实现代码。深度优先遍历就像是绕着整个二叉树的外围 “走” 一圈,走的过程中,在每个结点都会遇到三个位置,分别对应前序遍历、中序遍历、后序遍历。
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
<p align="center"> Fig. 二叉树的前 / 中 / 后序遍历 </p>
|
||||
如下表所示,在最佳和最差结构下,二叉树的叶结点数量、结点总数、高度等达到极大或极小值。
|
||||
|
||||
<div class="center-table" markdown>
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||||
|
||||
| 位置 | 含义 | 此处访问结点时对应 |
|
||||
| ---------- | ------------------------------------ | ----------------------------- |
|
||||
| 橙色圆圈处 | 刚进入此结点,即将访问该结点的左子树 | 前序遍历 Pre-Order Traversal |
|
||||
| 蓝色圆圈处 | 已访问完左子树,即将访问右子树 | 中序遍历 In-Order Traversal |
|
||||
| 紫色圆圈处 | 已访问完左子树和右子树,即将返回 | 后序遍历 Post-Order Traversal |
|
||||
| | 完美二叉树 | 链表 |
|
||||
| ----------------------------- | ---------- | ---------- |
|
||||
| 第 $i$ 层的结点数量 | $2^{i-1}$ | $1$ |
|
||||
| 树的高度为 $h$ 时的叶结点数量 | $2^h$ | $1$ |
|
||||
| 树的高度为 $h$ 时的结点总数 | $2^{h+1} - 1$ | $h + 1$ |
|
||||
| 树的结点总数为 $n$ 时的高度 | $\log_2 (n+1) - 1$ | $n - 1$ |
|
||||
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
## 二叉树表示方式 *
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我们一般使用二叉树的「链表表示」,即存储单位为结点 `TreeNode` ,结点之间通过指针(引用)相连接。本文前述示例代码展示了二叉树在链表表示下的各项基本操作。
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||||
那能否可以用「数组表示」二叉树呢?答案是肯定的。先来分析一个简单案例,给定一个「完美二叉树」,将结点按照层序遍历的顺序编号(从 0 开始),那么可以推导得出父结点索引与子结点索引之间的「映射公式」:**设结点的索引为 $i$ ,则该结点的左子结点索引为 $2i + 1$ 、右子结点索引为 $2i + 2$** 。
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||||
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||||
**本质上,映射公式的作用就是链表中的指针**。对于层序遍历序列中的任意结点,我们都可以使用映射公式来访问子结点。因此,可以直接使用层序遍历序列(即数组)来表示完美二叉树。
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然而,完美二叉树只是个例,二叉树中间层往往存在许多空结点(即 `null` ),而层序遍历序列并不包含这些空结点,并且我们无法单凭序列来猜测空结点的数量和分布位置,**即理论上存在许多种二叉树都符合该层序遍历序列**。显然,这种情况无法使用数组来存储二叉树。
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||||
为了解决此问题,考虑按照完美二叉树的形式来表示所有二叉树,**即在序列中使用特殊符号来显式地表示“空位”**。如下图所示,这样处理后,序列(数组)就可以唯一表示二叉树了。
|
||||
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||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="binary_tree_dfs.java"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
void preOrder(TreeNode root) {
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.add(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
void inOrder(TreeNode root) {
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.add(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
void postOrder(TreeNode root) {
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.add(root.val);
|
||||
}
|
||||
```java title=""
|
||||
/* 二叉树的数组表示 */
|
||||
// 使用 int 的包装类 Integer ,就可以使用 null 来标记空位
|
||||
Integer[] tree = { 1, 2, 3, 4, null, 6, 7, 8, 9, null, null, 12, null, null, 15 };
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="binary_tree_dfs.cpp"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
void preOrder(TreeNode* root) {
|
||||
if (root == nullptr) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
vec.push_back(root->val);
|
||||
preOrder(root->left);
|
||||
preOrder(root->right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
void inOrder(TreeNode* root) {
|
||||
if (root == nullptr) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root->left);
|
||||
vec.push_back(root->val);
|
||||
inOrder(root->right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
void postOrder(TreeNode* root) {
|
||||
if (root == nullptr) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root->left);
|
||||
postOrder(root->right);
|
||||
vec.push_back(root->val);
|
||||
}
|
||||
```cpp title=""
|
||||
/* 二叉树的数组表示 */
|
||||
// 为了符合数据类型为 int ,使用 int 最大值标记空位
|
||||
// 该方法的使用前提是没有结点的值 = INT_MAX
|
||||
vector<int> tree = { 1, 2, 3, 4, INT_MAX, 6, 7, 8, 9, INT_MAX, INT_MAX, 12, INT_MAX, INT_MAX, 15 };
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
```python title="binary_tree_dfs.py"
|
||||
""" 前序遍历二叉树 """
|
||||
def pre_order(root: typing.Optional[TreeNode]):
|
||||
if root is None:
|
||||
return
|
||||
|
||||
# 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
result.append(root.val)
|
||||
pre_order(root=root.left)
|
||||
pre_order(root=root.right)
|
||||
|
||||
|
||||
""" 中序遍历二叉树 """
|
||||
def in_order(root: typing.Optional[TreeNode]):
|
||||
if root is None:
|
||||
return
|
||||
|
||||
# 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
in_order(root=root.left)
|
||||
result.append(root.val)
|
||||
in_order(root=root.right)
|
||||
|
||||
|
||||
""" 后序遍历二叉树 """
|
||||
def post_order(root: typing.Optional[TreeNode]):
|
||||
if root is None:
|
||||
return
|
||||
|
||||
# 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
post_order(root=root.left)
|
||||
post_order(root=root.right)
|
||||
result.append(root.val)
|
||||
```python title=""
|
||||
“”“ 二叉树的数组表示 ”“”
|
||||
# 直接使用 None 来表示空位
|
||||
tree = [1, 2, 3, 4, None, 6, 7, 8, 9, None, None, 12, None, None, 15]
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="binary_tree_dfs.go"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
func preOrder(node *TreeNode) {
|
||||
if node == nil {
|
||||
return
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
preOrder(node.Left)
|
||||
preOrder(node.Right)
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
func inOrder(node *TreeNode) {
|
||||
if node == nil {
|
||||
return
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(node.Left)
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
inOrder(node.Right)
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
func postOrder(node *TreeNode) {
|
||||
if node == nil {
|
||||
return
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(node.Left)
|
||||
postOrder(node.Right)
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
}
|
||||
```go title=""
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JavaScript"
|
||||
|
||||
```js title="binary_tree_dfs.js"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
function preOrder(root){
|
||||
if (root === null) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
function inOrder(root) {
|
||||
if (root === null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
function postOrder(root) {
|
||||
if (root === null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
}
|
||||
```js title=""
|
||||
/* 二叉树的数组表示 */
|
||||
// 直接使用 null 来表示空位
|
||||
let tree = [1, 2, 3, 4, null, 6, 7, 8, 9, null, null, 12, null, null, 15];
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TypeScript"
|
||||
|
||||
```typescript title="binary_tree_dfs.ts"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
function preOrder(root: TreeNode | null): void {
|
||||
if (root === null) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
function inOrder(root: TreeNode | null): void {
|
||||
if (root === null) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
function postOrder(root: TreeNode | null): void {
|
||||
if (root === null) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
}
|
||||
```typescript title=""
|
||||
/* 二叉树的数组表示 */
|
||||
// 直接使用 null 来表示空位
|
||||
let tree: (number | null)[] = [1, 2, 3, 4, null, 6, 7, 8, 9, null, null, 12, null, null, 15];
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="binary_tree_dfs.c"
|
||||
|
||||
```c title=""
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="binary_tree_dfs.cs"
|
||||
|
||||
```csharp title=""
|
||||
/* 二叉树的数组表示 */
|
||||
// 使用 int? 可空类型 ,就可以使用 null 来标记空位
|
||||
int?[] tree = { 1, 2, 3, 4, null, 6, 7, 8, 9, null, null, 12, null, null, 15 };
|
||||
```
|
||||
|
||||
!!! note
|
||||

|
||||
|
||||
使用循环一样可以实现前、中、后序遍历,但代码相对繁琐,有兴趣的同学可以自行实现。
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||||
回顾「完全二叉树」的满足条件,其只有最底层有空结点,并且最底层的结点尽量靠左,因而所有空结点都一定出现在层序遍历序列的末尾。**因为我们先验地确定了空位的位置,所以在使用数组表示完全二叉树时,可以省略存储“空位”**。“便于使用数组表示”也是完全二叉树受欢迎的原因之一。
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
数组表示有两个优点: 一是不需要存储指针,节省空间;二是可以随机访问结点。然而,当二叉树中的“空位”很多时,数组中只包含很少结点的数据,空间利用率很低。
|
||||
|
||||
|
Before Width: | Height: | Size: 59 KiB After Width: | Height: | Size: 59 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 171 KiB After Width: | Height: | Size: 171 KiB |
@@ -0,0 +1,410 @@
|
||||
---
|
||||
comments: true
|
||||
---
|
||||
|
||||
# 二叉树遍历
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||||
非线性数据结构的遍历操作比线性数据结构更加复杂,往往需要使用搜索算法来实现。常见的二叉树遍历方式有层序遍历、前序遍历、中序遍历、后序遍历。
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|
||||
## 层序遍历
|
||||
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||||
「层序遍历 Hierarchical-Order Traversal」从顶至底、一层一层地遍历二叉树,并在每层中按照从左到右的顺序访问结点。
|
||||
|
||||
层序遍历本质上是「广度优先搜索 Breadth-First Traversal」,其体现着一种“一圈一圈向外”的层进遍历方式。
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||||
<p align="center"> Fig. 二叉树的层序遍历 </p>
|
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||||
广度优先遍历一般借助「队列」来实现。队列的规则是“先进先出”,广度优先遍历的规则是 ”一层层平推“ ,两者背后的思想是一致的。
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="binary_tree_bfs.java"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
List<Integer> hierOrder(TreeNode root) {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>() {{ add(root); }};
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
List<Integer> list = new ArrayList<>();
|
||||
while (!queue.isEmpty()) {
|
||||
TreeNode node = queue.poll(); // 队列出队
|
||||
list.add(node.val); // 保存结点值
|
||||
if (node.left != null)
|
||||
queue.offer(node.left); // 左子结点入队
|
||||
if (node.right != null)
|
||||
queue.offer(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="binary_tree_bfs.cpp"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
vector<int> hierOrder(TreeNode* root) {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
queue<TreeNode*> queue;
|
||||
queue.push(root);
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
vector<int> vec;
|
||||
while (!queue.empty()) {
|
||||
TreeNode* node = queue.front();
|
||||
queue.pop(); // 队列出队
|
||||
vec.push_back(node->val); // 保存结点
|
||||
if (node->left != nullptr)
|
||||
queue.push(node->left); // 左子结点入队
|
||||
if (node->right != nullptr)
|
||||
queue.push(node->right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return vec;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
```python title="binary_tree_bfs.py"
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="binary_tree_bfs.go"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
func levelOrder(root *TreeNode) []int {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
queue := list.New()
|
||||
queue.PushBack(root)
|
||||
// 初始化一个切片,用于保存遍历序列
|
||||
nums := make([]int, 0)
|
||||
for queue.Len() > 0 {
|
||||
// poll
|
||||
node := queue.Remove(queue.Front()).(*TreeNode)
|
||||
// 保存结点
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
if node.Left != nil {
|
||||
// 左子结点入队
|
||||
queue.PushBack(node.Left)
|
||||
}
|
||||
if node.Right != nil {
|
||||
// 右子结点入队
|
||||
queue.PushBack(node.Right)
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return nums
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JavaScript"
|
||||
|
||||
```js title="binary_tree_bfs.js"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
function hierOrder(root) {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
let queue = [root];
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
let list = [];
|
||||
while (queue.length) {
|
||||
let node = queue.shift(); // 队列出队
|
||||
list.push(node.val); // 保存结点
|
||||
if (node.left)
|
||||
queue.push(node.left); // 左子结点入队
|
||||
if (node.right)
|
||||
queue.push(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TypeScript"
|
||||
|
||||
```typescript title="binary_tree_bfs.ts"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
function hierOrder(root: TreeNode | null): number[] {
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
const queue = [root];
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
const list: number[] = [];
|
||||
while (queue.length) {
|
||||
let node = queue.shift() as TreeNode; // 队列出队
|
||||
list.push(node.val); // 保存结点
|
||||
if (node.left) {
|
||||
queue.push(node.left); // 左子结点入队
|
||||
}
|
||||
if (node.right) {
|
||||
queue.push(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="binary_tree_bfs.c"
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="binary_tree_bfs.cs"
|
||||
/* 层序遍历 */
|
||||
public List<int?> hierOrder(TreeNode root)
|
||||
{
|
||||
// 初始化队列,加入根结点
|
||||
Queue<TreeNode> queue = new();
|
||||
queue.Enqueue(root);
|
||||
// 初始化一个列表,用于保存遍历序列
|
||||
List<int> list = new();
|
||||
while (queue.Count != 0)
|
||||
{
|
||||
TreeNode node = queue.Dequeue(); // 队列出队
|
||||
list.Add(node.val); // 保存结点值
|
||||
if (node.left != null)
|
||||
queue.Enqueue(node.left); // 左子结点入队
|
||||
if (node.right != null)
|
||||
queue.Enqueue(node.right); // 右子结点入队
|
||||
}
|
||||
return list;
|
||||
}
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 前序、中序、后序遍历
|
||||
|
||||
相对地,前、中、后序遍历皆属于「深度优先遍历 Depth-First Traversal」,其体现着一种“先走到尽头,再回头继续”的回溯遍历方式。
|
||||
|
||||
如下图所示,左侧是深度优先遍历的的示意图,右上方是对应的递归实现代码。深度优先遍历就像是绕着整个二叉树的外围“走”一圈,走的过程中,在每个结点都会遇到三个位置,分别对应前序遍历、中序遍历、后序遍历。
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
<p align="center"> Fig. 二叉树的前 / 中 / 后序遍历 </p>
|
||||
|
||||
<div class="center-table" markdown>
|
||||
|
||||
| 位置 | 含义 | 此处访问结点时对应 |
|
||||
| ---------- | ------------------------------------ | ----------------------------- |
|
||||
| 橙色圆圈处 | 刚进入此结点,即将访问该结点的左子树 | 前序遍历 Pre-Order Traversal |
|
||||
| 蓝色圆圈处 | 已访问完左子树,即将访问右子树 | 中序遍历 In-Order Traversal |
|
||||
| 紫色圆圈处 | 已访问完左子树和右子树,即将返回 | 后序遍历 Post-Order Traversal |
|
||||
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="binary_tree_dfs.java"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
void preOrder(TreeNode root) {
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.add(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
void inOrder(TreeNode root) {
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.add(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
void postOrder(TreeNode root) {
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.add(root.val);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="binary_tree_dfs.cpp"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
void preOrder(TreeNode* root) {
|
||||
if (root == nullptr) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
vec.push_back(root->val);
|
||||
preOrder(root->left);
|
||||
preOrder(root->right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
void inOrder(TreeNode* root) {
|
||||
if (root == nullptr) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root->left);
|
||||
vec.push_back(root->val);
|
||||
inOrder(root->right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
void postOrder(TreeNode* root) {
|
||||
if (root == nullptr) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root->left);
|
||||
postOrder(root->right);
|
||||
vec.push_back(root->val);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
```python title="binary_tree_dfs.py"
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="binary_tree_dfs.go"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
func preOrder(node *TreeNode) {
|
||||
if node == nil {
|
||||
return
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
preOrder(node.Left)
|
||||
preOrder(node.Right)
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
func inOrder(node *TreeNode) {
|
||||
if node == nil {
|
||||
return
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(node.Left)
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
inOrder(node.Right)
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
func postOrder(node *TreeNode) {
|
||||
if node == nil {
|
||||
return
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(node.Left)
|
||||
postOrder(node.Right)
|
||||
nums = append(nums, node.Val)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JavaScript"
|
||||
|
||||
```js title="binary_tree_dfs.js"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
function preOrder(root){
|
||||
if (root === null) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
function inOrder(root) {
|
||||
if (root === null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
function postOrder(root) {
|
||||
if (root === null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TypeScript"
|
||||
|
||||
```typescript title="binary_tree_dfs.ts"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
function preOrder(root: TreeNode | null): void {
|
||||
if (root === null) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
function inOrder(root: TreeNode | null): void {
|
||||
if (root === null) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
function postOrder(root: TreeNode | null): void {
|
||||
if (root === null) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.push(root.val);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="binary_tree_dfs.c"
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="binary_tree_dfs.cs"
|
||||
/* 前序遍历 */
|
||||
void preOrder(TreeNode? root)
|
||||
{
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:根结点 -> 左子树 -> 右子树
|
||||
list.Add(root.val);
|
||||
preOrder(root.left);
|
||||
preOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 中序遍历 */
|
||||
void inOrder(TreeNode? root)
|
||||
{
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 根结点 -> 右子树
|
||||
inOrder(root.left);
|
||||
list.Add(root.val);
|
||||
inOrder(root.right);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 后序遍历 */
|
||||
void postOrder(TreeNode? root)
|
||||
{
|
||||
if (root == null) return;
|
||||
// 访问优先级:左子树 -> 右子树 -> 根结点
|
||||
postOrder(root.left);
|
||||
postOrder(root.right);
|
||||
list.Add(root.val);
|
||||
}
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
!!! note
|
||||
|
||||
使用循环一样可以实现前、中、后序遍历,但代码相对繁琐,有兴趣的同学可以自行实现。
|
||||
@@ -1,44 +0,0 @@
|
||||
---
|
||||
comments: true
|
||||
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# 常见二叉树类型
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## 完美二叉树
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「完美二叉树 Perfect Binary Tree」,其所有层的结点都被完全填满。
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!!! tip
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在中文社区中,完美二叉树常被称为「满二叉树」,请注意与完满二叉树区分。
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完美二叉树的性质有:
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- 若树高度 $= h$ ,则结点总数 $= 2^h - 1$;
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- (TODO)
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## 完全二叉树
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「完全二叉树 Complete Binary Tree」只有最底层的结点未被填满,且最底层结点都尽量靠左填充。
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完全二叉树有一个很好的性质,可以用「数组」来表示。
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- (TODO)
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## 完满二叉树
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「完满二叉树 Full Binary Tree」除了叶结点之外,其余所有结点都有两个子结点。
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## 平衡二叉树
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**「平衡二叉树 Balanced Binary Tree」** ,其任意结点的左子树和右子树的高度之差的绝对值 $\leq 1$ 。
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- (TODO)
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@@ -3,3 +3,16 @@ comments: true
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# 小结
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- 二叉树是一种非线性数据结构,代表着“一分为二”的分治逻辑。二叉树的结点包含「值」和两个「指针」,分别指向左子结点和右子结点。
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- 选定二叉树中某结点,将其左(右)子结点以下形成的树称为左(右)子树。
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- 二叉树的术语较多,包括根结点、叶结点、层、度、边、高度、深度等。
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- 二叉树的初始化、结点插入、结点删除操作与链表的操作方法类似。
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- 常见的二叉树类型包括完美二叉树、完全二叉树、完满二叉树、平衡二叉树。完美二叉树是理想状态,链表则是退化后的最差状态。
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- 二叉树可以使用数组表示,具体做法是将结点值和空位按照层序遍历的顺序排列,并基于父结点和子结点之间的索引映射公式实现指针。
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- 二叉树层序遍历是一种广度优先搜索,体现着“一圈一圈向外”的层进式遍历方式,通常借助队列来实现。
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- 前序、中序、后序遍历是深度优先搜索,体现着“走到头、再回头继续”的回溯遍历方式,通常使用递归实现。
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- 二叉搜索树是一种高效的元素查找数据结构,查找、插入、删除操作的时间复杂度皆为 $O(\log n)$ 。二叉搜索树退化为链表后,各项时间复杂度劣化至 $O(n)$ ,因此如何避免退化是非常重要的课题。
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- AVL 树又称平衡二叉搜索树,其通过旋转操作,使得在不断插入与删除结点后,仍然可以保持二叉树的平衡(不退化)。
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- AVL 树的旋转操作分为右旋、左旋、先右旋后左旋、先左旋后右旋。在插入或删除结点后,AVL 树会从底置顶地执行旋转操作,使树恢复平衡。
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