树是一种非线性结构,栈和队列都是线性结构(线性一般是指每一个元素都通常只有一个前驱和一个后继)
一、树的定义
一棵树是由n(n>0)个元素组成的有限集合,其中:
(1)每个元素称为结点(node)
(2)有一个特定的结点,称为根结点或树根(root)
(3)除根结点外,其余结点能分成m(m>=0)个互不相交的有限集合T0,T1,T2…… Tm-1。其中的每个子集又都是一棵树,这些集合称为这颗树的子树。
三、树的基本概念
(1)树都是递归定义的。
(2)一棵树中至少有1个结点。这个结点就是根结点。
(3)一个结点的子树个数,称为这个结的度(degree)
例如,结点1的度为3,结点3的度为0;度为0的结点称为叶结点。
(4)在用图形表示的树型结构中,对两个用线段连接的相关联的结点,称上端点为下端点的父结点,称下端结点为上端结点为子结点。同一个父结点的多个子结点称为兄弟结点。
(5)定义一棵树的根结点的层次为1,其他节点的层次等于它的父结点层次加1。
(6)对于树中任意两个不同的结点,如果从一个结点出发,自上而下沿着树中连着结点的线段能到达另一结点,称它们之间存在着一条路径。
(7)森林是m(m>=0)棵互不相交的树的集合。
三、树的种类
无序树:树中任意节点的子结点之间没有顺序关系,这种树称为无序树,也称为自由树;
有序树:树中任意节点的子结点之间有顺序关系,这种树称为有序树;
二叉树:每个节点最多含有两个子树的树称为二叉树;
满二叉树:叶节点除外的所有节点均含有两个子树的树被称为满二叉树
完全二叉树:二叉树除去最后一层为满二叉树,且最后一层的结点依次从左到右分布,这样的二叉树称为完全二叉树
哈夫曼树:带权路径最短的二叉树称为哈夫曼树或最优二叉树;
四、二叉树的基本形态
五、二叉树的性质
**性质1:**在非空二叉树的第i层做多有2i-1节点。
**性质2:**深度为k的二叉树最多有2k -1个节点。
**性质3:**对于任意一棵二叉树,如果度为0的节点个数为n0。度为2的节点数为n2。则n0=n2+1
**性质4:**具有n个节点的完全二叉树的深度k=floor(log2n)+1
**性质5:**对于含n个节点的完全二叉树中编号为i(1<=i<=n)的节点。
- 如果i=1,则i节点是这可完全二叉树的根,没有双亲。否则其双亲编号为i/2
- 如果2i>n,则i节点没有左孩子,否则其左孩子的编号为2i
- 如果2i+1>n,则i节点没有右孩子,否则其右孩子的编号为2i+1
补充性质1:叶子结点数=度为2的结点+1
叶子结点数=总结点数/2(慎用)
补充性质2:结点总数=n1+n2+n0 ( n1 是度为1的点,n2是度为2的点,n0是度为0点)
补充性质3:对于一棵完全二叉树来说,n1(度为1的点)只有1或0
补充性质4:结点总数=度数 * 该度数对应的结点数 + 1
六、二叉树的遍历
遍历表达法是有3种,先序遍历、中序遍历、后序遍历。
例如:
先序(根)遍历为ABDECF(根-左-右)
中序(根)遍历为DBEAFC(左-根-右)
后序(根)遍历为DEBFCA(左-右-根)
例2:
**先序遍历:**对于当前节点,先输出该节点,然后输出他的左孩子,最后输出他的右孩子。以上图为例,递归的过程如下:
(1):输出 1,接着左孩子;(2):输出 2,接着左孩子;(3):输出 4,左孩子为空,再接着右孩子;(4):输出 6,左孩子为空,再接着右孩子;(5):输出 7,左右孩子都为空,此时 2 的左子树全部输出,2 的右子树为空,此时 1 的左子树全部输出,接着 1 的右子树;
(6):输出 3,接着左孩子;(7):输出 5,左右孩子为空,此时 3 的左子树全部输出,3 的右子树为空,至此 1 的右子树全部输出,结束。 结果:1246735
**中序遍历:**对于当前结点,先输出它的左孩子,然后输出该结点,最后输出它的右孩子。以上图为例:
(1):1–>2–>4,4 的左孩子为空,输出 4,接着右孩子;
(2):6 的左孩子为空,输出 6,接着右孩子;
(3):7 的左孩子为空,输出 7,右孩子也为空,此时 2 的左子树全部输出,输出 2,2 的右孩子为空,此时 1 的左子树全部输出,输出 1,接着 1 的右孩子;
(4):3–>5,5 左孩子为空,输出 5,右孩子也为空,此时 3 的左子树全部输出,而 3 的右孩子为空,至此 1 的右子树全部输出,结束。
结果:4672153
**后序遍历:**对于当前结点,先输出它的左孩子,然后输出它的右孩子,最后输出该结点。依旧以上图为例:
(1):1->2->4->6->7,7 无左孩子,也无右孩子,输出 7,此时 6 无左孩子,而 6 的右子树也全部输出,输出 6,此时 4 无左子树,而 4 的右子树全部输出,输出 4,此时 2 的左子树全部输出,且 2 无右子树,输出 2,此时 1 的左子树全部输出,接着转向右子树;
(2):3->5,5 无左孩子,也无右孩子,输出 5,此时 3 的左子树全部输出,且 3 无右孩子,输出 3,此时 1 的右子树全部输出,输出 1,结束。
结果:7642531
七、遍历与表达式
一棵二叉树的先序遍历的结果就是前缀表达式(波兰式)
一棵二叉树中序遍历的结果就是中缀表达式
一个二叉树后序遍历的结果就是后缀表达式(逆波兰式)
前缀表示: -+a*b-cd/ef
中缀表示: a+b*c-d-e/f
后缀表示: abcd-*+ef/-
结论:已知前序序列和中序序列可以确定二叉树
已知中序序列和后序序列也可以确定出二叉树
已知前序序列和后序序列不能确定二叉树
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