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ja/codes/rust/chapter_tree/binary_search_tree.rs

@@ -0,0 +1,195 @@
+/*
+ * File: binary_search_tree.rs
+ * Created Time: 2023-04-20
+ * Author: xBLACKICEx (xBLACKICE@outlook.com)、night-cruise (2586447362@qq.com)
+ */
+
+use hello_algo_rust::include::print_util;
+
+use std::cell::RefCell;
+use std::cmp::Ordering;
+use std::rc::Rc;
+
+use hello_algo_rust::include::TreeNode;
+
+type OptionTreeNodeRc = Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>;
+
+/* 二分探索木 */
+pub struct BinarySearchTree {
+    root: OptionTreeNodeRc,
+}
+
+impl BinarySearchTree {
+    /* コンストラクタ */
+    pub fn new() -> Self {
+        // 空の木を初期化する
+        Self { root: None }
+    }
+
+    /* 二分木の根ノードを取得 */
+    pub fn get_root(&self) -> OptionTreeNodeRc {
+        self.root.clone()
+    }
+
+    /* ノードを探索 */
+    pub fn search(&self, num: i32) -> OptionTreeNodeRc {
+        let mut cur = self.root.clone();
+        // ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
+        while let Some(node) = cur.clone() {
+            match num.cmp(&node.borrow().val) {
+                // 目標ノードは cur の右部分木にある
+                Ordering::Greater => cur = node.borrow().right.clone(),
+                // 目標ノードは cur の左部分木にある
+                Ordering::Less => cur = node.borrow().left.clone(),
+                // 目標ノードが見つかったらループを抜ける
+                Ordering::Equal => break,
+            }
+        }
+
+        // 目標ノードを返す
+        cur
+    }
+
+    /* ノードを挿入 */
+    pub fn insert(&mut self, num: i32) {
+        // 木が空なら、根ノードを初期化する
+        if self.root.is_none() {
+            self.root = Some(TreeNode::new(num));
+            return;
+        }
+        let mut cur = self.root.clone();
+        let mut pre = None;
+        // ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
+        while let Some(node) = cur.clone() {
+            match num.cmp(&node.borrow().val) {
+                // 重複ノードが見つかったら、直ちに返す
+                Ordering::Equal => return,
+                // 挿入位置は cur の右部分木にある
+                Ordering::Greater => {
+                    pre = cur.clone();
+                    cur = node.borrow().right.clone();
+                }
+                // 挿入位置は cur の左部分木にある
+                Ordering::Less => {
+                    pre = cur.clone();
+                    cur = node.borrow().left.clone();
+                }
+            }
+        }
+        // ノードを挿入
+        let pre = pre.unwrap();
+        let node = Some(TreeNode::new(num));
+        if num > pre.borrow().val {
+            pre.borrow_mut().right = node;
+        } else {
+            pre.borrow_mut().left = node;
+        }
+    }
+
+    /* ノードを削除 */
+    pub fn remove(&mut self, num: i32) {
+        // 木が空なら、そのまま早期リターンする
+        if self.root.is_none() {
+            return;
+        }
+        let mut cur = self.root.clone();
+        let mut pre = None;
+        // ループで探索し、葉ノードを越えたら抜ける
+        while let Some(node) = cur.clone() {
+            match num.cmp(&node.borrow().val) {
+                // 削除対象のノードが見つかったら、ループを抜ける
+                Ordering::Equal => break,
+                // 削除対象ノードは cur の右部分木にある
+                Ordering::Greater => {
+                    pre = cur.clone();
+                    cur = node.borrow().right.clone();
+                }
+                // 削除対象ノードは cur の左部分木にある
+                Ordering::Less => {
+                    pre = cur.clone();
+                    cur = node.borrow().left.clone();
+                }
+            }
+        }
+        // 削除対象ノードがなければそのまま返す
+        if cur.is_none() {
+            return;
+        }
+        let cur = cur.unwrap();
+        let (left_child, right_child) = (cur.borrow().left.clone(), cur.borrow().right.clone());
+        match (left_child.clone(), right_child.clone()) {
+            // 子ノード数 = 0 or 1
+            (None, None) | (Some(_), None) | (None, Some(_)) => {
+                // 子ノード数 = 0 / 1 のとき、child = nullptr / その子ノード
+                let child = left_child.or(right_child);
+                let pre = pre.unwrap();
+                // ノード cur を削除する
+                if !Rc::ptr_eq(&cur, self.root.as_ref().unwrap()) {
+                    let left = pre.borrow().left.clone();
+                    if left.is_some() && Rc::ptr_eq(left.as_ref().unwrap(), &cur) {
+                        pre.borrow_mut().left = child;
+                    } else {
+                        pre.borrow_mut().right = child;
+                    }
+                } else {
+                    // 削除ノードが根ノードなら、根ノードを再設定
+                    self.root = child;
+                }
+            }
+            // 子ノード数 = 2
+            (Some(_), Some(_)) => {
+                // 中順走査における cur の次ノードを取得
+                let mut tmp = cur.borrow().right.clone();
+                while let Some(node) = tmp.clone() {
+                    if node.borrow().left.is_some() {
+                        tmp = node.borrow().left.clone();
+                    } else {
+                        break;
+                    }
+                }
+                let tmp_val = tmp.unwrap().borrow().val;
+                // ノード tmp を再帰的に削除
+                self.remove(tmp_val);
+                // tmp で cur を上書きする
+                cur.borrow_mut().val = tmp_val;
+            }
+        }
+    }
+}
+
+/* Driver Code */
+fn main() {
+    /* 二分探索木を初期化 */
+    let mut bst = BinarySearchTree::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
+    let nums = [8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15];
+    for &num in &nums {
+        bst.insert(num);
+    }
+    println!("\n初期化した二分木は\n");
+    print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap());
+
+    /* ノードを検索 */
+    let node = bst.search(7);
+    println!(
+        "\n見つかったノードオブジェクトは {:?}、ノードの値 = {}",
+        node.clone().unwrap(),
+        node.clone().unwrap().borrow().val
+    );
+
+    /* ノードを挿入 */
+    bst.insert(16);
+    println!("\nノード 16 を挿入した後、二分木は\n");
+    print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap());
+
+    /* ノードを削除 */
+    bst.remove(1);
+    println!("\nノード 1 を削除した後、二分木は\n");
+    print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap());
+    bst.remove(2);
+    println!("\nノード 2 を削除した後、二分木は\n");
+    print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap());
+    bst.remove(4);
+    println!("\nノード 4 を削除した後、二分木は\n");
+    print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap());
+}