数据结构系列(1)之 二叉搜索树

本文将主要以动图方式展示二叉搜索树的结构,以及动态操作;但是对于基本的概念和性质则不会有过多的提及,如果想系统了解建议查看邓俊辉老师的《数据结构》课程;

一、结构概述

二叉树:融合了向量的静态操作(二分查找)和列表的动态操作(插入和删除)的优点;使得树成了应用广泛的数据结构;

二叉搜索树:即顺序排列,可以搜索的树就是二叉搜索树;如下图所示;

BST

忽略二叉树的大小,高度等信息的简版结构如下:

public class BST<T extends Comparable<? super T>> { private BSTNode<T> root; public BST() {root = null;} ... class BSTNode<T extends Comparable<? super T>> { T key; BSTNode<T> parent; BSTNode<T> left; BSTNode<T> right; BSTNode(T key, BSTNode<T> parent, BSTNode<T> left, BSTNode<T> right) { this.key = key; this.parent = parent; this.left = left; this.right = right; } } } 二、查找

根据二叉搜索树左孩子节点小于父节点,右孩子节点大于等于父节点,逐步深入查找;

bstsearch

实现如下:

private BSTNode<T> search(BSTNode<T> x, T key) { if (x == null) return x; int cmp = key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) return search(x.left, key); else if (cmp > 0) return search(x.right, key); else return x; } public BSTNode<T> search(T key) { return search(root, key); }

更好的实现还应该记录查找失败的上一个节点,除此之外还可以实现查找最大值,最小值;

三、插入

插入,同样根据 BST 的排序规则,先查找插入位置,然后确定插入节点的引用关系;

1. 插入不重复节点

bstinsert1


2. 插入重复节点

bstinsert1

3. 实现

如果有 size 等信息,则需要从节点向上依次更新祖先节点

private void insert(T key) { BSTNode<T> node = new BSTNode<T>(key, null, null, null); BSTNode<T> r = this.root; BSTNode<T> p = null; int cmp; // 查找插入位置 while (r != null) { p = r; cmp = node.key.compareTo(r.key); if (cmp < 0) r = r.left; else r = r.right; } if (p == null) this.root = node; else { node.parent = p; cmp = node.key.compareTo(p.key); if (cmp < 0) p.left = node; else p.right = node; } } 四、删除

删除,同样首先需要查找该节点,然后删除;

1. 删除不完全节点

目标节点没有左孩子或者右孩子时,直接删除节点,然后令其后代代替;

bstremove


2. 删除完全节点

当目标节点同时拥有左孩子和右孩子时:

需要首先找到目标节点的直接后继(自然顺序或者中序遍历顺序的下一个节点),目标节点右孩子一直往左;当然这里同样可以找目标节点的前驱节点替换;

然后交换目标节点和后继节点的位置;

最后同上面的删除一样,直接删除节点;

bstremove

3. 实现

注意这里只是实现的一种,还可以是可前驱进行交换

public void delete(T key) { BSTNode<T> node = search(root, key); if (node != null) delete(node); node = null; } private BSTNode<T> delete(BSTNode<T> node) { // 将完全节点和直接后继交换 if (node.left != null && node.right != null) { BSTNode<T> succ = successor(node); node.key = succ.key; node = succ; } // 将孩子节点的父亲接到祖父上 BSTNode<T> child = node.left != null ? node.left : node.right; if (child != null) child.parent = node.parent; // 目标节点没有父节点则是根节点 if (node.parent == null) root = child; // 目标节点是左孩子时 else if (node == node.parent.left) node.parent.left = child; // 目标节点是右孩子时 else node.parent.right = child; return node; } private BSTNode<T> successor(BSTNode<T> node) { BSTNode<T> succ = node.right; while (succ.left != null) succ = succ.left; return succ; }

// 这里只是右子树中的直接后继;整个中序遍历中直接后继还可能是其父节点或者祖先节点;

五、前序遍历

对于一个数据结构而言,了解他最直接的方式就是遍历操作,而对于二叉树则有前、中、后、层次遍历四种;

1. 描述

首先遍历根节点

再一次递归遍历左子树和右子树;

具体过程如下:

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