前面所讨论的线性表元素之间都是一对一的关系,今天我们所看到的结构各元素之间却是一对多的关系。树在计算机中有着广泛的应用,甚至在计算机的日常使用中,也可以看到树形结构的身影,如下图所示的Windows资源管理器和应用程序的菜单都属于树形结构。树形结构是一种典型的非线性结构,除了用于表示相邻关系外,还可以表示层次关系。本文重点讨论树与二叉树的基本结构和遍历算法等内容。
1.1 树的基本概念
Defination:树(Tree)是 n(n≥0)个结点的有限集。n=0时,该树被称为“空树”。如上图所示,A点称为根节点,它有两棵子树,分别以B、C为根,而以C为根的子树又可以分成两棵子树。
1.2 树的基本术语
(1)不同的节点:根节点、内部节点、叶子节点以及节点的度
(2)节点的关系:双亲与孩子,爸爸回来了,爸爸去哪儿?
(3)节点的层次:结点的层次(Level)从根开始定义起,根为第一层,根的孩子为第二层。树中结点的最大层次称为树的深度(Depth)或高度。
二、二叉树又是个什么鬼
2.1 从猜数字游戏引出二叉树
回忆一下,当年某电视节目中会让游戏参与者猜一个产品的价格,如果参与者在限定时间内猜对了,那么他就可以获得这个产品。很多人都是一点点的提高数值来猜,但是这样猜会很没有效率。因此,很多聪明人都知道需要利用折半查找的思想去猜测。假定某个产品在100元的范围内,那么可以在7次之内猜出结果来,如下图所示:(由于是100以内的正整数,所以我们先猜50(100的一半),被告之“大了”,于是再猜25(50的一半),被告之“小了”,再猜37(25与50的中间数),小了,于是猜43,大了,40,大了,38,小了,39,完全正确。)
如上图所示,对于这种在某个阶段都是两种结果的情形,比如开和关、0和1、真和假、上和下、对与错,正面与反面等,都适合用树状结构来建模,而这种树是一种很特殊的树状结构,叫做二叉树。
二叉树的特点:
①每个结点最多有两棵子树,所以二叉树中不存在度大于2的结点。
②左子树和右子树是有顺序的,次序不能任意颠倒。
③即使树中某结点只有一棵子树,也要区分它是左子树还是右子树。
2.2 二叉树的顺序存储结构
二叉树的顺序存储结构就是用一维数组存储二叉树中的结点。结点的存储位置,也就是数组的下标要能体现结点之间的逻辑关系,比如双亲与孩子的关系,左右兄弟的关系等。
But,考虑一种极端的情况,一棵深度为k的右斜树,它只有k个结点,却需要分配2的k次方-1个存储单元空间,这显然是对存储空间的浪费,所以,顺序存储结构一般只适用于完全二叉树。
2.3 二叉树的链式存储结构
既然顺序存储适用性不强,我们就要考虑链式存储结构。二叉树每个结点最多有两个孩子,所以为它设计一个数据域和两个指针域是比较自然的想法,我们称这样的链表叫做二叉链表。其中data是数据域,lchild和rchild都是指针域,分别存放指向左孩子和右孩子的指针。
三、二叉树的代码实现
3.1 二叉树的C#代码实现
(1)二叉树节点的定义:
/// <summary> /// 二叉树的节点定义 /// </summary> /// <typeparam name="T">数据具体类型</typeparam> public class Node<T> { public T data { get; set; } public Node<T> lchild { get; set; } public Node<T> rchild { get; set; } public Node() { } public Node(T data) { this.data = data; } public Node(T data, Node<T> lchild, Node<T> rchild) { this.data = data; this.lchild = lchild; this.rchild = rchild; } }