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Yudong Jin
2026-03-30 07:30:15 +08:00
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@@ -0,0 +1,129 @@
/**
* File: array_binary_tree.cs
* Created Time: 2023-07-20
* Author: hpstory (hpstory1024@163.com)
*/
namespace hello_algo.chapter_tree;
/* 配列表現による二分木クラス */
public class ArrayBinaryTree(List<int?> arr) {
List<int?> tree = new(arr);
/* リスト容量 */
public int Size() {
return tree.Count;
}
/* インデックス i のノードの値を取得 */
public int? Val(int i) {
// インデックスが範囲外なら、空きを表す null を返す
if (i < 0 || i >= Size())
return null;
return tree[i];
}
/* インデックス i のノードの左子ノードのインデックスを取得 */
public int Left(int i) {
return 2 * i + 1;
}
/* インデックス i のノードの右子ノードのインデックスを取得 */
public int Right(int i) {
return 2 * i + 2;
}
/* インデックス i のノードの親ノードのインデックスを取得 */
public int Parent(int i) {
return (i - 1) / 2;
}
/* レベル順走査 */
public List<int> LevelOrder() {
List<int> res = [];
// 配列を直接走査する
for (int i = 0; i < Size(); i++) {
if (Val(i).HasValue)
res.Add(Val(i)!.Value);
}
return res;
}
/* 深さ優先探索 */
void DFS(int i, string order, List<int> res) {
// 空きスロットなら返す
if (!Val(i).HasValue)
return;
// 先行順走査
if (order == "pre")
res.Add(Val(i)!.Value);
DFS(Left(i), order, res);
// 中順走査
if (order == "in")
res.Add(Val(i)!.Value);
DFS(Right(i), order, res);
// 後順走査
if (order == "post")
res.Add(Val(i)!.Value);
}
/* 先行順走査 */
public List<int> PreOrder() {
List<int> res = [];
DFS(0, "pre", res);
return res;
}
/* 中順走査 */
public List<int> InOrder() {
List<int> res = [];
DFS(0, "in", res);
return res;
}
/* 後順走査 */
public List<int> PostOrder() {
List<int> res = [];
DFS(0, "post", res);
return res;
}
}
public class array_binary_tree {
[Test]
public void Test() {
// 二分木を初期化
// ここでは、配列から直接二分木を生成する関数を利用する
List<int?> arr = [1, 2, 3, 4, null, 6, 7, 8, 9, null, null, 12, null, null, 15];
TreeNode? root = TreeNode.ListToTree(arr);
Console.WriteLine("\n二分木を初期化\n");
Console.WriteLine("二分木の配列表現:");
Console.WriteLine(arr.PrintList());
Console.WriteLine("二分木のリンクドリスト表現:");
PrintUtil.PrintTree(root);
// 配列表現による二分木クラス
ArrayBinaryTree abt = new(arr);
// ノードにアクセス
int i = 1;
int l = abt.Left(i);
int r = abt.Right(i);
int p = abt.Parent(i);
Console.WriteLine("\n現在のノードのインデックスは " + i + " 、値は " + abt.Val(i));
Console.WriteLine("左子ノードのインデックスは " + l + " 、値は " + (abt.Val(l).HasValue ? abt.Val(l) : "null"));
Console.WriteLine("右子ノードのインデックスは " + r + " 、値は " + (abt.Val(r).HasValue ? abt.Val(r) : "null"));
Console.WriteLine("親ノードのインデックスは " + p + " 、値は " + (abt.Val(p).HasValue ? abt.Val(p) : "null"));
// 木を走査
List<int> res = abt.LevelOrder();
Console.WriteLine("\nレベル順走査:" + res.PrintList());
res = abt.PreOrder();
Console.WriteLine("前順走査:" + res.PrintList());
res = abt.InOrder();
Console.WriteLine("中順走査:" + res.PrintList());
res = abt.PostOrder();
Console.WriteLine("後順走査:" + res.PrintList());
}
}
+216
View File
@@ -0,0 +1,216 @@
/**
* File: avl_tree.cs
* Created Time: 2022-12-23
* Author: haptear (haptear@hotmail.com)
*/
namespace hello_algo.chapter_tree;
/* AVL 木 */
class AVLTree {
public TreeNode? root; // 根ノード
/* ノードの高さを取得 */
int Height(TreeNode? node) {
// 空ノードの高さは -1、葉ノードの高さは 0
return node == null ? -1 : node.height;
}
/* ノードの高さを更新する */
void UpdateHeight(TreeNode node) {
// ノードの高さは最も高い部分木の高さ + 1 に等しい
node.height = Math.Max(Height(node.left), Height(node.right)) + 1;
}
/* 平衡係数を取得 */
public int BalanceFactor(TreeNode? node) {
// 空ノードの平衡係数は 0
if (node == null) return 0;
// ノードの平衡係数 = 左部分木の高さ - 右部分木の高さ
return Height(node.left) - Height(node.right);
}
/* 右回転 */
TreeNode? RightRotate(TreeNode? node) {
TreeNode? child = node?.left;
TreeNode? grandChild = child?.right;
// child を支点として node を右回転させる
child.right = node;
node.left = grandChild;
// ノードの高さを更新する
UpdateHeight(node);
UpdateHeight(child);
// 回転後の部分木の根ノードを返す
return child;
}
/* 左回転 */
TreeNode? LeftRotate(TreeNode? node) {
TreeNode? child = node?.right;
TreeNode? grandChild = child?.left;
// child を支点として node を左回転させる
child.left = node;
node.right = grandChild;
// ノードの高さを更新する
UpdateHeight(node);
UpdateHeight(child);
// 回転後の部分木の根ノードを返す
return child;
}
/* 回転操作を行い、この部分木の平衡を回復する */
TreeNode? Rotate(TreeNode? node) {
// ノード node の平衡係数を取得
int balanceFactorInt = BalanceFactor(node);
// 左に偏った木
if (balanceFactorInt > 1) {
if (BalanceFactor(node?.left) >= 0) {
// 右回転
return RightRotate(node);
} else {
// 左回転してから右回転
node!.left = LeftRotate(node!.left);
return RightRotate(node);
}
}
// 右に偏った木
if (balanceFactorInt < -1) {
if (BalanceFactor(node?.right) <= 0) {
// 左回転
return LeftRotate(node);
} else {
// 右回転してから左回転
node!.right = RightRotate(node!.right);
return LeftRotate(node);
}
}
// 平衡木なので回転不要、そのまま返す
return node;
}
/* ノードを挿入 */
public void Insert(int val) {
root = InsertHelper(root, val);
}
/* ノードを再帰的に挿入する(補助メソッド) */
TreeNode? InsertHelper(TreeNode? node, int val) {
if (node == null) return new TreeNode(val);
/* 1. 挿入位置を探索してノードを挿入 */
if (val < node.val)
node.left = InsertHelper(node.left, val);
else if (val > node.val)
node.right = InsertHelper(node.right, val);
else
return node; // 重複ノードは挿入せず、そのまま返す
UpdateHeight(node); // ノードの高さを更新する
/* 2. 回転操作を行い、部分木の平衡を回復する */
node = Rotate(node);
// 部分木の根ノードを返す
return node;
}
/* ノードを削除 */
public void Remove(int val) {
root = RemoveHelper(root, val);
}
/* ノードを再帰的に削除する(補助メソッド) */
TreeNode? RemoveHelper(TreeNode? node, int val) {
if (node == null) return null;
/* 1. ノードを探索して削除 */
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) {
TreeNode? child = node.left ?? node.right;
// 子ノード数 = 0 の場合、node をそのまま削除して返す
if (child == null)
return null;
// 子ノード数 = 1 の場合、node をそのまま削除する
else
node = child;
} else {
// 子ノード数 = 2 の場合、中順走査の次のノードを削除し、そのノードで現在のノードを置き換える
TreeNode? temp = node.right;
while (temp.left != null) {
temp = temp.left;
}
node.right = RemoveHelper(node.right, temp.val!.Value);
node.val = temp.val;
}
}
UpdateHeight(node); // ノードの高さを更新する
/* 2. 回転操作を行い、部分木の平衡を回復する */
node = Rotate(node);
// 部分木の根ノードを返す
return node;
}
/* ノードを探索 */
public TreeNode? Search(int val) {
TreeNode? cur = root;
// ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
while (cur != null) {
// 目標ノードは cur の右部分木にある
if (cur.val < val)
cur = cur.right;
// 目標ノードは cur の左部分木にある
else if (cur.val > val)
cur = cur.left;
// 目標ノードが見つかったらループを抜ける
else
break;
}
// 目標ノードを返す
return cur;
}
}
public class avl_tree {
static void TestInsert(AVLTree tree, int val) {
tree.Insert(val);
Console.WriteLine("\nノード " + val + " を挿入した後の AVL 木は");
PrintUtil.PrintTree(tree.root);
}
static void TestRemove(AVLTree tree, int val) {
tree.Remove(val);
Console.WriteLine("\nノード " + val + " を削除した後、AVL 木は");
PrintUtil.PrintTree(tree.root);
}
[Test]
public void Test() {
/* 空の AVL 木を初期化する */
AVLTree avlTree = new();
/* ノードを挿入 */
// ノード挿入後に AVL 木がどのように平衡を保つかに注目してほしい
TestInsert(avlTree, 1);
TestInsert(avlTree, 2);
TestInsert(avlTree, 3);
TestInsert(avlTree, 4);
TestInsert(avlTree, 5);
TestInsert(avlTree, 8);
TestInsert(avlTree, 7);
TestInsert(avlTree, 9);
TestInsert(avlTree, 10);
TestInsert(avlTree, 6);
/* 重複ノードを挿入する */
TestInsert(avlTree, 7);
/* ノードを削除 */
// ノード削除後に AVL 木がどのように平衡を保つかに注目してほしい
TestRemove(avlTree, 8); // 次数 0 のノードを削除する
TestRemove(avlTree, 5); // 次数 1 のノードを削除する
TestRemove(avlTree, 4); // 次数 2 のノードを削除する
/* ノードを検索 */
TreeNode? node = avlTree.Search(7);
Console.WriteLine("\n見つかったノードオブジェクトは " + node + "、ノード値 = " + node?.val);
}
}
@@ -0,0 +1,160 @@
/**
* File: binary_search_tree.cs
* Created Time: 2022-12-23
* Author: haptear (haptear@hotmail.com)
*/
namespace hello_algo.chapter_tree;
class BinarySearchTree {
TreeNode? root;
public BinarySearchTree() {
// 空の木を初期化する
root = null;
}
/* 二分木の根ノードを取得 */
public TreeNode? GetRoot() {
return root;
}
/* ノードを探索 */
public TreeNode? Search(int num) {
TreeNode? cur = root;
// ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
while (cur != null) {
// 目標ノードは cur の右部分木にある
if (cur.val < num) cur =
cur.right;
// 目標ノードは cur の左部分木にある
else if (cur.val > num)
cur = cur.left;
// 目標ノードが見つかったらループを抜ける
else
break;
}
// 目標ノードを返す
return cur;
}
/* ノードを挿入 */
public void Insert(int num) {
// 木が空なら、根ノードを初期化する
if (root == null) {
root = new TreeNode(num);
return;
}
TreeNode? cur = root, pre = null;
// ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
while (cur != null) {
// 重複ノードが見つかったら、直ちに返す
if (cur.val == num)
return;
pre = cur;
// 挿入位置は cur の右部分木にある
if (cur.val < num)
cur = cur.right;
// 挿入位置は cur の左部分木にある
else
cur = cur.left;
}
// ノードを挿入
TreeNode node = new(num);
if (pre != null) {
if (pre.val < num)
pre.right = node;
else
pre.left = node;
}
}
/* ノードを削除 */
public void Remove(int num) {
// 木が空なら、そのまま早期リターンする
if (root == null)
return;
TreeNode? cur = root, pre = null;
// ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
while (cur != null) {
// 削除対象のノードが見つかったら、ループを抜ける
if (cur.val == num)
break;
pre = cur;
// 削除対象ノードは cur の右部分木にある
if (cur.val < num)
cur = cur.right;
// 削除対象ノードは cur の左部分木にある
else
cur = cur.left;
}
// 削除対象ノードがなければそのまま返す
if (cur == null)
return;
// 子ノード数 = 0 or 1
if (cur.left == null || cur.right == null) {
// 子ノード数が 0 / 1 のとき、child = null / その子ノード
TreeNode? child = cur.left ?? cur.right;
// ノード cur を削除する
if (cur != root) {
if (pre!.left == cur)
pre.left = child;
else
pre.right = child;
} else {
// 削除ノードが根ノードなら、根ノードを再設定
root = child;
}
}
// 子ノード数 = 2
else {
// 中順走査における cur の次ノードを取得
TreeNode? tmp = cur.right;
while (tmp.left != null) {
tmp = tmp.left;
}
// ノード tmp を再帰的に削除
Remove(tmp.val!.Value);
// tmp で cur を上書きする
cur.val = tmp.val;
}
}
}
public class binary_search_tree {
[Test]
public void Test() {
/* 二分探索木を初期化 */
BinarySearchTree bst = new();
// 注意:挿入順序が異なると異なる二分木が生成される。このシーケンスからは完全二分木を生成できる
int[] nums = [8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15];
foreach (int num in nums) {
bst.Insert(num);
}
Console.WriteLine("\n初期化した二分木は\n");
PrintUtil.PrintTree(bst.GetRoot());
/* ノードを探索 */
TreeNode? node = bst.Search(7);
Console.WriteLine("\n見つかったノードオブジェクトは " + node + "、ノード値 = " + node?.val);
/* ノードを挿入 */
bst.Insert(16);
Console.WriteLine("\nノード 16 を挿入した後、二分木は\n");
PrintUtil.PrintTree(bst.GetRoot());
/* ノードを削除 */
bst.Remove(1);
Console.WriteLine("\nノード 1 を削除した後、二分木は\n");
PrintUtil.PrintTree(bst.GetRoot());
bst.Remove(2);
Console.WriteLine("\nノード 2 を削除した後、二分木は\n");
PrintUtil.PrintTree(bst.GetRoot());
bst.Remove(4);
Console.WriteLine("\nノード 4 を削除した後、二分木は\n");
PrintUtil.PrintTree(bst.GetRoot());
}
}
@@ -0,0 +1,39 @@
/**
* File: binary_tree.cs
* Created Time: 2022-12-23
* Author: haptear (haptear@hotmail.com)
*/
namespace hello_algo.chapter_tree;
public class binary_tree {
[Test]
public void Test() {
/* 二分木を初期化 */
// ノードを初期化
TreeNode n1 = new(1);
TreeNode n2 = new(2);
TreeNode n3 = new(3);
TreeNode n4 = new(4);
TreeNode n5 = new(5);
// ノード間の参照(ポインタ)を構築する
n1.left = n2;
n1.right = n3;
n2.left = n4;
n2.right = n5;
Console.WriteLine("\n二分木を初期化\n");
PrintUtil.PrintTree(n1);
/* ノードの挿入と削除 */
TreeNode P = new(0);
// n1 -> n2 の間にノード P を挿入
n1.left = P;
P.left = n2;
Console.WriteLine("\nノード P を挿入した後\n");
PrintUtil.PrintTree(n1);
// ノード P を削除
n1.left = n2;
Console.WriteLine("\nノード P を削除した後\n");
PrintUtil.PrintTree(n1);
}
}
@@ -0,0 +1,40 @@
/**
* File: binary_tree_bfs.cs
* Created Time: 2022-12-23
* Author: haptear (haptear@hotmail.com)
*/
namespace hello_algo.chapter_tree;
public class binary_tree_bfs {
/* レベル順走査 */
List<int> LevelOrder(TreeNode root) {
// キューを初期化し、ルートノードを追加する
Queue<TreeNode> queue = new();
queue.Enqueue(root);
// 走査順序を保存するためのリストを初期化する
List<int> list = [];
while (queue.Count != 0) {
TreeNode node = queue.Dequeue(); // デキュー
list.Add(node.val!.Value); // ノードの値を保存する
if (node.left != null)
queue.Enqueue(node.left); // 左子ノードをキューに追加
if (node.right != null)
queue.Enqueue(node.right); // 右子ノードをキューに追加
}
return list;
}
[Test]
public void Test() {
/* 二分木を初期化 */
// ここでは、配列から直接二分木を生成する関数を利用する
TreeNode? root = TreeNode.ListToTree([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]);
Console.WriteLine("\n二分木を初期化\n");
PrintUtil.PrintTree(root);
List<int> list = LevelOrder(root!);
Console.WriteLine("\nレベル順走査のノード出力シーケンス = " + string.Join(",", list));
}
}
@@ -0,0 +1,59 @@
/**
* File: binary_tree_dfs.cs
* Created Time: 2022-12-23
* Author: haptear (haptear@hotmail.com)
*/
namespace hello_algo.chapter_tree;
public class binary_tree_dfs {
List<int> list = [];
/* 先行順走査 */
void PreOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 訪問順序:根ノード -> 左部分木 -> 右部分木
list.Add(root.val!.Value);
PreOrder(root.left);
PreOrder(root.right);
}
/* 中順走査 */
void InOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 訪問優先順: 左部分木 -> 根ノード -> 右部分木
InOrder(root.left);
list.Add(root.val!.Value);
InOrder(root.right);
}
/* 後順走査 */
void PostOrder(TreeNode? root) {
if (root == null) return;
// 訪問優先順: 左部分木 -> 右部分木 -> 根ノード
PostOrder(root.left);
PostOrder(root.right);
list.Add(root.val!.Value);
}
[Test]
public void Test() {
/* 二分木を初期化 */
// ここでは、配列から直接二分木を生成する関数を利用する
TreeNode? root = TreeNode.ListToTree([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]);
Console.WriteLine("\n二分木を初期化\n");
PrintUtil.PrintTree(root);
list.Clear();
PreOrder(root);
Console.WriteLine("\n前順走査のノード出力シーケンス = " + string.Join(",", list));
list.Clear();
InOrder(root);
Console.WriteLine("\n中順走査のノード出力シーケンス = " + string.Join(",", list));
list.Clear();
PostOrder(root);
Console.WriteLine("\n後順走査のノード出力シーケンス = " + string.Join(",", list));
}
}