C#写算法之树

主宰稳场 提交于 2020-01-19 23:01:23

在数据结构中,树的定义如下:

树(tree)是n(n>=0)个节点的有限集,当n=0时,称为空树。在任意一个非空树中,有如下特点:

1.有且仅有一个特定的称为根的节点。

2.当n>1时,其余节点可分为m(m>0)个互不相交的有限集,每一个集合本身又是一个树,并称为根的子树。

树有以下概念:

根节点、父节点、兄弟节点、孩子节点。

树的最大层级数,被称为树的高度或深度。

二叉树

二叉树(binary tree)是树的一种特殊形式。二叉,指的是这种树的每个节点最多有2个孩子节点。这里最多有2个,也可能只有1个,或者没有孩子节点。

二叉树的两个特殊概念:满二叉树和完全二叉树。

满二叉树:(每一个分支都是满的),所有非叶子节点都存在左右孩子,并且所有叶子节点都在同一层级上。

完全二叉树:对于一个有n个节点的二叉树,按层级顺序编号,则所有节点的编号为从1到n。如果这个树所有节点和同样深度的满二叉树的编号为从1到n的节点位置相同。则这个二叉树为完全二叉树。

二叉树可以用链式存储数组两种物理存储结构来表达。

链式存储

二叉树的一个节点最多指向左右两个孩子节点,所以二叉树一个节点包含3部分;

1.存储数据的data变量

2.指向左孩子的left指针

3.指向右孩子的right指针

使用数组存储

使用数组存储时,会按照层级顺序把二叉树的节点放到数组中对应的位置上。如果某一个节点的左孩子和右孩子空缺,则数组的相应位置也空出来。

这样设计,可以更方便地在数组中定位二叉树的孩子节点和父节点。

假设一个父节点的下标是parent,那么它的左孩子节点下标就是2*parent+1;右孩子节点下标是2*parent+2。

反过来,一个左孩子的节点下标是leftChild,那么父节点下标就是(leftChild-1)/2。

二叉树的应用

最主要的应用在于进行查找操作和维持相对顺序两个方面。

1.查找:二叉查找树(binary search tree)

二叉查找树在二叉树的基础上增加了以下几个条件:

1、若左子树不为空,则左子树所有节点的值均小于根节点的值;

2、若右子树不为空,则右子树所有节点的值均大于根节点的值;

3、左、右子树也都是二叉查找树。

对于一个节点分布相对均衡的二叉查找树,如果左节点总数是n,那么搜索节点的时间复杂度就是O(logn),和树的深度是一样的。

这种依靠比较大小来逐步查找的方式,和二分查找算法非常相似。

2.维持相对顺序

二叉查找树要求左子树小于父节点,右子树大于父节点,这样保证了二叉树的有序性,因此 二叉查找树也叫二叉排序树

新插入的节点,遵循二叉排序树的原则:例如插入新元素5,由于5<6,5>3,5>4,所以5最终会插入到节点4的右孩子位置。

再如插入新元素10,由于10>6,10>8,10>9,所以10最终会插入到节点9的右孩子位置。

问题:如果依次插入9、8、7、6、5、4,就会让查询节点的时间复杂度退化成O(n)。

解决:二叉树的自平衡,如红黑树、ALV树、树堆等。

二叉堆:只要求父节点比它的左右孩子都大。

二叉树的遍历

从节点之间位置关系的角度看,二叉树的遍历可分为4种:

1.前序遍历:根节点、左子树、右子树。

2.中序遍历:左子树、根节点、右子树

3.后序遍历:左子树、右子树、根节点

4.层序遍历:一层一层遍历

从更宏观的角度看,二叉树的遍历归结为两大类。

1.深度优先遍历(前序遍历、中序遍历、后序遍历)。偏向于纵深,一头扎下去。

2.广度优先遍历(层序遍历)

前、中、后:

using System;
using System.Collections.Generic;

namespace CSharpTest01
{
    public static class LinkedListExtension
    {
        public static int RemoveFirstEx(this LinkedList<int> list)
        {
            int value = Convert.ToInt32(list.First);
            list.RemoveFirst();
            return value;
        }
    }
    public class TreeNode
    {
        public int data;
        public TreeNode leftChild;
        public TreeNode rightChild;

        public TreeNode(int data)
        {
            this.data = data;
        }
    }

    public class MyBinaryTree
    {
        /// <summary>
        /// 创建二叉树
        /// </summary>
        public TreeNode CreateBinaryTree(LinkedList<int> inputList)
        {
            TreeNode node = null;
            if (inputList == null || inputList.Count <= 0)
            {
                return null;
            }
            int data = inputList.RemoveFirstEx();
            if (data != null)
            {
                node = new TreeNode(data);
                node.leftChild = CreateBinaryTree(inputList);
                node.rightChild = CreateBinaryTree(inputList);
            }
            return node;
        }
        /// <summary>
        /// 二叉树前序遍历
        /// </summary>
        public void PreOrderTraveral(TreeNode node)
        {
            if(node == null)
            {
                return;
            }
            Console.WriteLine(node.data);
            PreOrderTraveral(node.leftChild);
            PreOrderTraveral(node.rightChild);
        }
    }
    
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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