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C語言實(shí)現(xiàn)二叉樹的基本操作

 更新時(shí)間:2017年11月10日 14:11:51   作者:lyrichu  
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C語言實(shí)現(xiàn)二叉樹的基本操作,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

二叉樹是一種非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文總結(jié)了二叉樹的常見操作:二叉樹的構(gòu)建,查找,刪除,二叉樹的遍歷(包括前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷、層次遍歷),二叉搜索樹的構(gòu)造等。

1. 二叉樹的構(gòu)建

二叉樹的基本構(gòu)建方式為:添加一個(gè)節(jié)點(diǎn),如果這是一棵空樹,則將該節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn);否則按照從左到右、先左子樹后右子樹的順序逐個(gè)添加節(jié)點(diǎn)。比如依次添加節(jié)點(diǎn):1,6,10,2,7,11,則得到的二叉樹為:

在這里,我們需要借助一個(gè)鏈表來保存節(jié)點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)二叉樹的順序插入,具體做法如下:
1.0 初始化一個(gè)用來保存二叉樹節(jié)點(diǎn)的空鏈表;
1.1 插入一個(gè)節(jié)點(diǎn),
①如果該樹是一棵空樹,則將該節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn),并且將該節(jié)點(diǎn)添加到鏈表中;
②如果該樹不為空,取得鏈表第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值(注意不是鏈表的頭節(jié)點(diǎn))。如果該節(jié)點(diǎn)左子樹為空,則將待插入節(jié)點(diǎn)添加到左子樹,并且將左子樹添加到鏈表;否則將待插入節(jié)點(diǎn)添加到右子樹,將右子樹添加到鏈表。此時(shí),父節(jié)點(diǎn)的左右子樹都不為空,將該父節(jié)點(diǎn)(即鏈表第一個(gè)節(jié)點(diǎn))
彈出。
按照這樣的順序,我們就可以完成二叉樹節(jié)點(diǎn)的順序插入。

2. 二叉搜索樹的構(gòu)建

   二叉搜索樹是這樣一棵樹:對(duì)于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn),其左子樹的值均小于父節(jié)點(diǎn)的值;右子樹的值均大于父節(jié)點(diǎn)的值。從二叉樹的根節(jié)點(diǎn)開始,對(duì)于其左右子樹均按照這樣的方式遞歸插入,即可以得到一棵二叉搜索樹。二叉搜索樹具有很好的性質(zhì),因?yàn)樗挠行蛐?,如果在二叉搜索樹中查找一個(gè)元素可以按照類似二分查找的方式進(jìn)行;對(duì)于二叉搜索樹,如果采用中序遍歷則可以得到按照值遞增排列的節(jié)點(diǎn)。二叉搜索樹的具體構(gòu)建方式如下:
插入一個(gè)節(jié)點(diǎn):
2.1如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)本身值為空,則將插入節(jié)點(diǎn)直接作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn);
2.2如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)本身值不為空,
①比較插入節(jié)點(diǎn)的值與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值,如果插入節(jié)點(diǎn)值小于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值,則將該節(jié)點(diǎn)遞歸插入左子樹;
②比較插入節(jié)點(diǎn)的值與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值,如果插入節(jié)點(diǎn)值大于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值,則將該節(jié)點(diǎn)遞歸插入右子樹;
③ 如果插入節(jié)點(diǎn)的值等于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值,則直接返回(即二叉搜索樹每個(gè)節(jié)點(diǎn)的值都是不同的)。

3.二叉搜索樹的查找

  二叉搜索樹的查找類似于二分查找。具體步驟如下:
3.1 從根節(jié)點(diǎn)開始,比較查找值與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值的大小:
① 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值為空,則說明無法查找到該值,直接返回;
②如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值等于查找值,則查找成功;
③如果查找值小于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值,則遞歸查找左子樹;
④如果查找值大于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值,則遞歸查找右子樹。

4. 二叉搜索樹的刪除

   二叉搜索樹的刪除與查找基本類似,不同之處在于如果查找到了待刪除的節(jié)點(diǎn),則將該節(jié)點(diǎn)直接刪除之后,還要進(jìn)行如下操作保證刪除節(jié)點(diǎn)之后的二叉樹仍是一棵二叉搜索樹:
①如果該刪除節(jié)點(diǎn)沒有左右子樹,則直接刪除該節(jié)點(diǎn);
②如果該刪除節(jié)點(diǎn)只有左子樹(右子樹),則將刪除節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)直接指向其左子樹(右子樹);
③如果該刪除節(jié)點(diǎn)既有左子樹又有右子樹,則有下面的三種處理方法:
4.3.1:找到按照中序遍歷該刪除節(jié)點(diǎn)的直接前驅(qū)節(jié)點(diǎn),將該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到刪除節(jié)點(diǎn),然后刪除這個(gè)前驅(qū)節(jié)點(diǎn);
4.3.2:找到按照中序遍歷該刪除節(jié)點(diǎn)的直接后續(xù)節(jié)點(diǎn),將該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到刪除節(jié)點(diǎn),然后刪除這個(gè)后序節(jié)點(diǎn);
4.3.3:找到按照中序遍歷該刪除節(jié)點(diǎn)的直接前驅(qū)節(jié)點(diǎn),將刪除節(jié)點(diǎn)的左子樹接到父節(jié)點(diǎn)上,將刪除節(jié)點(diǎn)的右子樹接到該前序節(jié)點(diǎn)的右子樹上,然后刪除節(jié)點(diǎn)。

5. 二叉樹的前序遍歷

由于二叉樹是遞歸定義的,所以二叉樹的遍歷一般也是采用遞歸的形式。前序遍歷即采用先訪問根節(jié)點(diǎn),再訪問左子樹,最后訪問右子樹的順序。前序遍歷也是按照類似的方式遞歸遍歷,具體操作如下:
① 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值為空,返回;
②如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值不為空,打印當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值;遞歸遍歷左子樹;遞歸遍歷右子樹。

6. 二叉樹的中序遍歷

①如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值為空,返回;
②遞歸遍歷左子樹;打印當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值;遞歸遍歷右子樹。

7. 二叉樹的后序遍歷

①如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)值為空,返回;
②遞歸遍歷左子樹;遞歸遍歷右子樹;打印當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值。

8. 二叉樹的層次遍歷

二叉樹的層次遍歷,即從根節(jié)點(diǎn)開始,逐層按照從左到右的順序遍歷。層次遍歷比前中后序遍歷要麻煩一點(diǎn),它需要借助一個(gè)額外的鏈表來保存節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷。具體做法如下:
①初始化一個(gè)用來保存二叉樹節(jié)點(diǎn)的空鏈表;
②如果這是一棵空二叉樹,直接返回;否則將根節(jié)點(diǎn)添加到鏈表;
③while(當(dāng)鏈表不為空時(shí))
  彈出鏈表第一個(gè)二叉樹節(jié)點(diǎn),打印該二叉樹節(jié)點(diǎn)的值;
  如果該二叉樹節(jié)點(diǎn)的左子樹不為空,則將該左子樹添加到鏈表;
  如果該二叉樹節(jié)點(diǎn)的右子樹不為空,則將該右子樹添加到鏈表;

 以上就是關(guān)于二叉樹的基本操作,下面是C語言具體實(shí)現(xiàn)的代碼,供大家參考:

/*
二叉樹的基本操作:插入,刪除,查找,前序遍歷,中序遍歷,后序遍歷,層次遍歷
*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define BLANK -1 
#define LEFT -2
#define RIGHT -3
typedef struct BINARY_TREE
{
 // 左子樹
 struct BINARY_TREE *left;
 // 右子樹
 struct BINARY_TREE *right;
 int value;
} Binary_tree;
typedef struct NODE
{
 struct NODE *link;
 Binary_tree *value;
} Node;

// 二叉樹插入
int insert(Binary_tree *root,int value,Node *node_root);
// 二叉搜索樹插入
int search_insert(Binary_tree *root,int value);
// 二叉樹刪除 
int erase(Binary_tree *roote,int value);
// 二叉搜索樹查找
int search_find(Binary_tree *root,int value);
// 二叉樹前序遍歷
void pre_print(Binary_tree *root);
// 二叉樹中序遍歷
void mid_print(Binary_tree *root);
// 二叉樹后序遍歷
void back_print(Binary_tree *root);
// 層次遍歷
void level_print(Binary_tree *root);
// 彈出鏈表第一個(gè)元素
Binary_tree* top(Node *root);
// 將元素添加到鏈表末尾
int append(Node *current,Binary_tree* value);


int main(void)
{
 Binary_tree *root = (Binary_tree*)malloc(sizeof(Binary_tree));
 if(root == NULL)
 {
 printf("Malloc memory failed!\n");
 exit(-1);
 }
 root->left = NULL;
 root->right = NULL;
 root->value = BLANK;
 Node *node_root = (Node*)malloc(sizeof(Node));
 if(node_root == NULL)
 {
 printf("Malloc memory failed!\n");
 exit(-1);
 }
 node_root->link = NULL;
 search_insert(root,10);
 search_insert(root,2);
 search_insert(root,2);
 search_insert(root,3);
 search_insert(root,4);
 search_insert(root,15);
 search_insert(root,6);
 search_find(root,15);
 /*
 insert(root,10,node_root);
 insert(root,2,node_root);
 insert(root,2,node_root);
 insert(root,3,node_root);
 insert(root,4,node_root);
 insert(root,15,node_root);
 insert(root,6,node_root);
 */
 printf("前序遍歷: ");
 pre_print(root);
 puts("");
 printf("中序遍歷: ");
 mid_print(root);
 puts("");
 printf("后序遍歷: ");
 back_print(root);
 puts("");
 printf("層次遍歷: ");
 level_print(root);
 puts("");
 free(root);
 return 0;
}
// 二叉樹插入
int insert(Binary_tree *root,int value,Node *node_root)
{
 // 如果是空樹
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value == BLANK)
 {
 root->value = value;
 append(node_root,root);
 printf("Insert %d into an empty link list!\n",value);
 }
 else
 {
 // 構(gòu)造一個(gè)新節(jié)點(diǎn)
 Binary_tree *new_tree_node = (Binary_tree*)malloc(sizeof(Binary_tree));
 new_tree_node->value = value;
 new_tree_node->left = new_tree_node->right = NULL;
 // 得到鏈表第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值
 Binary_tree *current = node_root->link->value;
 // 如果左子樹為空
 if(current->left == NULL)
 {
  current->left = new_tree_node;
  append(node_root,current->left);
  printf("Insert %d in parent's left node!\n",value);
 } 
 // 左子樹不為空
 else
 {
  current->right = new_tree_node;
  append(node_root,current->right);
  printf("Insert %d in parent's right node!\n",value);
  top(node_root);
 }
 }
 return 0;
}
// 二叉搜索樹插入
int search_insert(Binary_tree *root,int value)
{
 // 如果左右子樹都為空且根節(jié)點(diǎn)值為小于0(BLANK 或者 LEFT 或者 RIGHT)
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value < 0)
 {
 if(root->value == BLANK)
  printf("Insert %d into an empty binary tree succeed!\n",value);
 else if(root->value == LEFT)
  printf("Insert %d into parent's left node succeed!\n",value);
 else
  printf("Insert %d into parent's right node succeed!\n",value);
 root->value = value;
 return value;
 }
 if(value < root->value)
 {
 if(root->left == NULL)
 {
  root->left = (Binary_tree*)malloc(sizeof(Binary_tree));
  if(root->left == NULL)
  {
  printf("Malloc memory failed!\n");
  exit(-1);
  }
  root->left->value = LEFT;
  root->left->left = root->left->right = NULL;
 }
 search_insert(root->left,value);
 }
 else if(value > root->value)
 {
 if(root->right == NULL)
 {
  root->right = (Binary_tree*)malloc(sizeof(Binary_tree));
  if(root->right == NULL)
  {
  printf("Malloc memory failed!\n");
  exit(-1);
  }
  root->right->value = RIGHT;
  root->right->left = root->right->right = NULL;
 }
 search_insert(root->right,value);
 }
 else
 {
 printf("%d already exits in binary tree!\n");
 return value;
 }
}

// 二叉搜索樹查找
int search_find(Binary_tree *root,int value)
{
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value < 0)
 {
 printf("Can't find %d in binary tree!\n",value);
 return -1;
 }
 if(root->value == value)
 {
 printf("Find %d in binary tree!\n",value);
 return 0;
 }
 else if(value < root->value)
 {
 if(root->left == NULL)
 {
  printf("Can't find %d in binary tree!\n",value);
  return -1;
 }
 search_find(root->left,value);
 }
 
 else
 {
 if(root->right == NULL)
 {
  printf("Can't find %d in binary tree!\n",value);
  return -1;
 }
 search_find(root->right,value);
 } 
}
// 二叉樹前序遍歷
void pre_print(Binary_tree *root)
{
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value < 0)
 return;
 printf("%d ",root->value);
 if(root->left != NULL)
 pre_print(root->left);
 if(root->right != NULL)
 pre_print(root->right);
}

// 二叉樹中序遍歷
void mid_print(Binary_tree *root)
{
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value < 0)
 return;
 if(root->left != NULL)
 pre_print(root->left);
 printf("%d ",root->value);
 if(root->right != NULL)
 pre_print(root->right);
}

// 二叉樹后序遍歷
void back_print(Binary_tree *root)
{
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value < 0)
 return;
 if(root->left != NULL)
 pre_print(root->left);
 if(root->right != NULL)
 pre_print(root->right);
 printf("%d ",root->value);
}

// 彈出鏈表第一個(gè)元素
Binary_tree* top(Node *root)
{
 if(root->link == NULL)
 {
 printf("Can't get top value from empty link list!\n");
 exit(-1);
 }
 Node *current = root->link;
 root->link = current->link;
 return current->value;
}
// 將元素添加到鏈表末尾
int append(Node *current,Binary_tree* value)
{
 Node *new_node = (Node*)malloc(sizeof(Node));
 new_node->value = value;
 while(current->link != NULL)
 {
 current = current->link;
 }
 current->link = new_node;
 new_node->link = NULL;
 return 0;
}

// 二叉樹層次遍歷
void level_print(Binary_tree* root)
{
 if(root->left == NULL && root->right == NULL && root->value < 0)
 return;
 Node *node_root = (Node*)(malloc(sizeof(Node)));
 node_root->link = NULL;
 append(node_root,root);
 Binary_tree* current;
 while(node_root->link != NULL)
 {
 current = top(node_root);
 printf("%d ",current->value);
 if(current->left != NULL)
  append(node_root,current->left);
 if(current->right != NULL)
  append(node_root,current->right);
 }
}

運(yùn)行結(jié)果如下:

以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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