欧美bbbwbbbw肥妇,免费乱码人妻系列日韩,一级黄片

C語(yǔ)言二叉樹與堆的概念與實(shí)現(xiàn)

 更新時(shí)間:2021年06月07日 11:01:20   作者:博客跳動(dòng)  
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C語(yǔ)言二叉樹與堆的相關(guān)資料,文章詳細(xì)記錄了他們的相關(guān)概念以及如何實(shí)現(xiàn)的,通過圖文介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

引言—樹的故事

在自然界中有很多樹 它們是這樣的

但是在我們的眼中 他是這樣的

顯而易見 樹的特點(diǎn)就是一對(duì)多 ,我們利用這個(gè)一對(duì)多的特點(diǎn),可以讓我們更好的解決編程中的問題,在樹中 ,最基礎(chǔ)的二叉樹是我們的重點(diǎn)研究對(duì)象。

在看一眼神奇的堆排序的動(dòng)態(tài)圖

做事情,先求對(duì),在求巧,一步一步才可有所成就,所以讓我們從基礎(chǔ)開始吧!

樹的基本性質(zhì)和描述

 樹是一個(gè)一對(duì)多的特殊數(shù)據(jù)類型,樹的根在上 葉子在上 。有種一生二,二生三,三生萬(wàn)物的感覺。

樹的基本特點(diǎn)

樹有且只有一個(gè)根,且根沒有后繼結(jié)點(diǎn)。

樹是互不相交的

不相交

ps: 圖可知 不構(gòu)成閉合回路則不相交。

每一個(gè)結(jié)點(diǎn)可在分為一個(gè)子樹。

樹的定義是一個(gè)遞歸定義,即樹在定義時(shí)又會(huì)用到樹的概念,他道出了樹的固有特性。

樹的關(guān)鍵字解析

樹有一大段關(guān)鍵字很讓人頭疼

結(jié)點(diǎn)的分類:

ps:

結(jié)點(diǎn)的度: 結(jié)點(diǎn)擁有的子樹數(shù)稱為結(jié)點(diǎn)的度。度為0的點(diǎn)成為葉節(jié)點(diǎn)或終端結(jié)點(diǎn),度不為0的節(jié)點(diǎn)稱為非終端結(jié)點(diǎn)。樹的度是樹內(nèi)各個(gè)結(jié)點(diǎn)的最大值。此圖 D為最大的結(jié)點(diǎn),

結(jié)點(diǎn)的層次:從根開始為第一層,依次遞增

簡(jiǎn)單對(duì)比 樹形結(jié)構(gòu)與線性結(jié)構(gòu):

樹的表示方法

雙親表示法

typedef struct
{
	int data;
	int parent;   // 雙親位置
}PtNode;
typedef struct
{
	PtNode nodes[10];
	int root ;  
	int n;

}PTree;

此圖數(shù)字表示父親的結(jié)點(diǎn)

通過“父親的下標(biāo)”即可找到父親的位置

注:

找雙親時(shí)間復(fù)雜度 O(1);找結(jié)點(diǎn)兒子需要遍歷樹

數(shù)據(jù)的增刪查改。

左孩子右兄弟

typedef struct CSNode
{
	int data;
	struct CSNode* firstchild, * rightsib;
};

左孩子右兄弟的方式就是 多一個(gè)指針 一個(gè)指針指向自己最左側(cè)的孩子 另一個(gè)指針指向自己右側(cè)兄弟

這種表示法是我們常用的表示法。

二叉樹的概念結(jié)構(gòu)

二叉樹

二叉樹是一種特殊的樹,他的特點(diǎn)是一個(gè)根節(jié)點(diǎn)兩個(gè)子節(jié)點(diǎn),這兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)又分別叫做左子樹和右子樹。

注意

二叉樹的度不超過二二叉樹左右子樹不可顛倒二叉樹有且只有一個(gè)子樹時(shí),也需要區(qū)分左右。

特殊二叉樹

滿二叉樹
一個(gè)二叉樹每一層都是滿的,那么這個(gè)二叉樹就是滿二叉樹。如果一個(gè)二叉樹的層數(shù)為k,且結(jié)點(diǎn)總數(shù)是(2^k)-1

完全二叉樹
一個(gè)完全二叉樹的前k層都是滿的第k層可以不滿 ,但是必須連續(xù),及滿足先左后右。

注意

滿二叉樹一定是完全二叉樹,反之就不對(duì)。完全二叉樹一定是先左后右,如下圖則不對(duì)

完全二叉樹葉子的結(jié)點(diǎn)都在最后兩層,左側(cè)集中最后第k層的葉子,右側(cè)集中第k-1層的葉子

二叉樹的性質(zhì)

在二叉樹的第i層上至多有2^(i-1)的結(jié)點(diǎn)i>0

深度為k的二叉樹至多有2^k-1個(gè)結(jié)點(diǎn)

對(duì)任何一個(gè)二叉樹T,如果其終端結(jié)點(diǎn)樹為n0,度為2的結(jié)點(diǎn)樹為n2則no=n2+1;

具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹的深度為log2(n)+1

對(duì)于具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹,如果按照從上至下從左至右的順序從0開始編號(hào),則對(duì)與序號(hào)為i的結(jié)點(diǎn)有:

1. 若i>0,i位置結(jié)點(diǎn)的雙親序號(hào)為(i-1)/2;

2. 若2i+1<n,左孩子序號(hào):2i+1,2i+1>=n則無(wú)左孩子

3. 若2i+2<n,右孩子序號(hào);2i+2,2i+2>=n則無(wú)有孩子

  假設(shè)父親的結(jié)點(diǎn)序號(hào)為parent,左孩子為leftchild,右孩子為ringhtchild。
  有: leftchild=parent*2+1
          rightchild=parent*2+2

e~g

在具有2n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹中,葉子的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為

在完全二叉樹中有且只有3種情況

度為0

度為0,即只有根結(jié)點(diǎn) 葉子的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)也為n

有且只有一個(gè)度為1的結(jié)點(diǎn)

設(shè) x等于讀為2的結(jié)點(diǎn)數(shù) ,y等于葉子節(jié)點(diǎn)數(shù) x+y+1=2n 又由葉子數(shù)等于度為2的加1得 y=x+1

得 y=n

沒有度為1的結(jié)點(diǎn)

由圖可知 顯然不能構(gòu)成偶數(shù)個(gè)結(jié)點(diǎn) 故舍棄。

綜上所述:葉子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n

一個(gè)具有完全二叉樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)為531個(gè),那么這棵樹的高度是

解: 直接帶公式得 10;

一個(gè)具有767個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹,其葉子節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為。

解 由前面的結(jié)論可知 此二叉樹必定是

所以 設(shè)雙結(jié)點(diǎn)為x 葉子為y y=x+1 且 y+y-1=767 解得 y=384

一顆度為2的樹和二叉樹有什么區(qū)別

解:

度為2的樹是無(wú)序樹 不區(qū)分左右 ,而二叉樹必須先左后右。度為2的樹 一定有一個(gè)結(jié)點(diǎn)度為2,二叉樹可以沒有

證明 一個(gè)滿k叉樹上的葉子結(jié)點(diǎn)數(shù)n0和非葉子結(jié)點(diǎn)數(shù)n1瞞住*n0=(k-1)n1+1

首先,我們知道了滿二叉樹 ,滿k叉樹就是第n層以上的所有個(gè)結(jié)點(diǎn)的度都為k

總分支結(jié)點(diǎn)數(shù)=k倍的n1

總結(jié)點(diǎn)數(shù)=n0+n1

總分支結(jié)點(diǎn)數(shù)+1=總結(jié)點(diǎn)數(shù)

kn1+1=no+n1

二叉樹的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

二叉樹的存儲(chǔ)是按照自上而下,從左往右的排序的

如果將該二叉樹存入數(shù)組中 就會(huì)得到

二叉樹與堆

堆是一種特殊的數(shù),即是完全二叉樹。

觀察這個(gè)樹 他的父結(jié)點(diǎn)都小于子結(jié)點(diǎn),我們稱之為最小堆,反之如果所有的父結(jié)點(diǎn)都比子結(jié)點(diǎn)大,這樣的完全二叉樹就被成為最大堆

注意:

堆是一顆完全二叉樹堆只有大堆和小堆兩種每個(gè)子樹都是堆

堆的實(shí)現(xiàn)

有如下數(shù)組

int arr[] = { 23,2,5,12,7,17,25,19,36,99,22,28,46,92 };

如何將其調(diào)整成最小堆呢?

由圖可知,最小堆的特點(diǎn)就是父親小于兒子 ,而此樹圈起來(lái)的地方兒子大于父親,所以我們需要把最小的兒子換上去。

換下來(lái)后 我們發(fā)現(xiàn)還是不滿足 所以還得交換

畫圈處該二叉樹任然不滿足 只需要在交換一次,便是最小堆了

此時(shí)二叉樹滿足了最小堆。

此過程的算法,我們稱之為向下調(diào)整算法,如果我們將一顆二叉樹分區(qū) 即

向下調(diào)整的本質(zhì)就是先滿足上面的,在滿足下面的

注意:

向下調(diào)整算法,被調(diào)整元素的左右字樹都必須是最小堆。向下調(diào)整算法,調(diào)整到葉子結(jié)點(diǎn)時(shí),即可停止如果小的孩子比父親打,則不需要處理,整個(gè)樹已經(jīng)是最小堆。

附上代碼

#include<stdio.h>
void AdjustDown(int a[], int n, int parent)
{
	
	int child = 2 * parent + 1;//套用公式可得
	
	while (child < n)
	{
		if (child+1<n&&a[child] > a[child + 1])
		{
			child++;
		}
		if (a[parent] > a[child])
		{
			
			int tmp = a[child];
			a[child] = a[parent];
			a[parent] = tmp;
				parent = child;
		child = 2 * parent + 1;
		}
	
		else
		{
			break;
		}
	}
}
int main()
{
	int arr[14] = { 23,2,5,12,7,17,25,19,36,99,22,28,46,92 };
	int n = 14;
	 AdjustDown(arr, n, 0);
	return 0;
}

代碼解讀

那么更一般的情況 左右子樹都不是小堆的情況 ,怎么調(diào)整呢?

我們只需自下而上,由小的堆樹變成大的堆樹

即是 先滿足下面在滿足上面

先滿足下面的堆 在滿足上面 那么 只需要給函數(shù)依次傳進(jìn)去所有的父親結(jié)點(diǎn)即可

#include<stdio.h>
void AdjustDown(int a[], int n, int parent)
{
	
	int child = 2 * parent + 1;
	
	while (child < n)
	{
		if (child+1<=n && a[child] >a[child + 1])
		{
			child++;
		}
		if (a[parent] < a[child])
		{
			
			int tmp = a[child];
			a[child] = a[parent];
			a[parent] = tmp;
			parent = child;
			child = 2 * parent + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

int main()
{
	int arr[14] = { 23,2,5,12,7,17,25,19,36,99,22,28,46,92 };
	int n = 14;
	 
	int tmp = 0;
	int i = (n - 1 - 1) / 2;
	for (i; i >= 0; i--)
	{
		AdjustDown(arr, n, i);
	}
	return 0;
}

堆排序

以升序?yàn)槔?,我們首先會(huì)想到小堆 但是 小堆不適合。我們看

我們知道 堆頂元素一定是最小的 那么我們只需要依次拿走堆頂

當(dāng)我們拿走2 后 7成了堆頂 之后

當(dāng)去掉堆頂后 下一個(gè)元素補(bǔ)上 小堆蕩然無(wú)存,順序全亂了 。所以,小堆不適合排升序。

大堆排升序又該怎么辦呢?

此時(shí) ,我們只需要把10和80互換,不把80考慮在堆內(nèi)

那么代碼實(shí)現(xiàn)又當(dāng)如何呢?

附上整體代碼

#include<stdio.h>
void AdjustDown(int a[], int n, int parent)
{
	
	int child = 2 * parent + 1;
	
	while (child < n)
	{
		if (child+1<n && a[child] <a[child + 1])
		{
			child++;
		}
		if (a[parent] < a[child])
		{
			
			int tmp = a[child];
			a[child] = a[parent];
			a[parent] = tmp;
			parent = child;
			child = 2 * parent + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

int main()
{
	int arr[14] = { 23,2,5,12,7,17,25,19,36,99,22,28,46,92 };
	int n =14 ;
	 
	int tmp = 0;
	int i = (n - 1 - 1) / 2;
	for (i; i >= 0; i--)
	{
		AdjustDown(arr, n, i);
	}
	int end = n - 1;
	while (end > 0)
	{
		int tmp = arr[0];
		arr[0] = arr[end];
		arr[end] = tmp;
		AdjustDown(arr, end, 0);
		end--;
	}
	return 0;
}

堆排序是一種高效的排序

堆的總結(jié):

  1. 物理結(jié)構(gòu)是一個(gè)數(shù)組
  2. 邏輯結(jié)構(gòu)是完全二叉樹
  3. 大堆與小堆關(guān)系
  4. 堆排序
  5. 插入元素
  6. 快速找出最大或最小

堆的功能實(shí)現(xiàn)

堆的插入

的插入,要求插入之后還是堆。 這里我們引入堆的向上調(diào)整

那么代碼如何實(shí)現(xiàn)呢? 和向下排序類似

附上代碼

void AdjustUp(int* a, int n, int child)
{
	int parent = (child - 1) / 2;
	while (child>0)
	{
		
		if (a[parent] < a[child])
		{
			Swap(&a[parent], &a[child]);
			child = parent;
			parent = (child - 1) / 2;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

插入元素后經(jīng)過一次向上排序即可。

也可以使用向下排序 但麻煩許多。

TOPK問題

TopK問題的本質(zhì)就是取小堆取頂操作 建堆 ,然后取頂,甚至你可以說(shuō)就是一個(gè)排順序。把前四個(gè)放進(jìn)別的數(shù)組。但是排序就意味著時(shí)間復(fù)雜度的加重 , 請(qǐng)讀者使用建堆知識(shí),取堆頂數(shù)據(jù)的方式,拿到最小數(shù)據(jù), 這里給出題目和答案

 * Note: The returned array must be malloced, assume caller calls free().
 */
/* 交換 */
void swap(int* a, int* b) {
    int tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}

/* 從堆下層向上交換元素,使得堆為大根堆 */
void swim(int* nums, int k) {
    while (k > 1 && nums[k] > nums[k / 2]) {
        swap(&nums[k], &nums[k / 2]);
        k /= 2;
    }
}

/* 從堆上層向下層交換元素,使得堆為大根堆 */
void sink(int* nums, int k, int numsSize) {
    while (2 * k < numsSize) {
        int child = 2 * k;
        if (child < numsSize && nums[child] < nums[child + 1]) {
            child++;
        }
        if (nums[k] > nums[child]) {
            break;
        }
        swap(&nums[k], &nums[child]);
        k = child;
    }
}

/* 定義堆的結(jié)構(gòu)體 */
typedef struct Heap {
    int* data;
    int szie;
    int capacity;
}T_Heap, *PT_Heap;

/* 初始化一個(gè)堆 */
PT_Heap createHeap(int k) {
    PT_Heap obj = (PT_Heap)malloc(sizeof(T_Heap));
    obj->data = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));
    obj->szie = 0;
    obj->capacity = k + 1;
    return obj;
}

/* 判斷堆是否為空 */
bool isEmpty(PT_Heap obj) {
    return obj->szie == 0;
}

/* 獲得堆的當(dāng)前大小 */
int getHeapSize(PT_Heap obj) {
    return obj->szie;
}

/* 將元素入堆 */
void pushHeap(PT_Heap obj, int elem) {
    /* 新加入的元素放入堆的最后 */
    obj->data[++obj->szie] = elem;
    /* 對(duì)當(dāng)前堆進(jìn)行排序,使其成為一個(gè)大根堆 */
    swim(obj->data, obj->szie);
}

/* 獲得堆頂元素 */
int getHeapTop(PT_Heap obj) {
    return obj->data[1];
}

/* 將堆頂元素出堆 */
int popHeap(PT_Heap obj) {
    /* 保存堆頂元素 */
    int top = obj->data[1];
    /* 將堆頂元素和堆底元素交換,同時(shí)堆長(zhǎng)度減一 */
    swap(&obj->data[1], &obj->data[obj->szie--]);
    /* 將原先的堆底元素賦值為INT_MIN */
    obj->data[obj->szie + 1] = INT_MIN;
    /* 從堆頂開始重新堆化 */
    sink(obj->data, 1, obj->szie);
    return top;
}

int* getLeastNumbers(int* arr, int arrSize, int k, int* returnSize){
    /* 若數(shù)組為空、或k為0,返回NULL */
    if (arrSize == 0 || k == 0) {
        *returnSize = 0;
        return NULL;
    } else {
        *returnSize = k;
    }
    /* 返回?cái)?shù)組長(zhǎng)度為k */
    int* ret = (int*)calloc(k, sizeof(int));
    /* 初始化一個(gè)大小為k的堆 */
    PT_Heap heap = createHeap(k);
    /* 將輸入數(shù)組前k個(gè)元素堆化 */
    for (int i = 0; i < k; i++) {
        pushHeap(heap, arr[i]);
    }
    /* 將輸入數(shù)組剩下的元素依次插入堆,得出最小的k個(gè)數(shù) */
    for (int i = k; i < arrSize; i++) {
        if (arr[i] < getHeapTop(heap)) {
            popHeap(heap);
            pushHeap(heap, arr[i]);
        }
    }
    /* 將堆中元素傳入返回?cái)?shù)組 */
    for (int i = 0; i < k; i++) {
        ret[i] = popHeap(heap);
    }
    return ret;
}

二叉樹的結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)

二叉樹的遍歷

1、先序遍歷

若二叉樹為空,則空操作;否則

訪問根節(jié)點(diǎn);

先序遍歷左子樹

先序遍歷右子樹;

2、中序遍歷

若二叉樹為空,則空操作;否則

中序遍歷左子樹

訪問根節(jié)點(diǎn);

中序遍歷右子樹;

3、后序遍歷

后序遍歷左子樹

后序遍歷右子樹;

訪問根節(jié)點(diǎn);

代碼實(shí)現(xiàn)

void PrevOrder(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		printf(" NULL ");
		return;
	}
	printf(" %c ", root->data);
	PrevOrder(root->left);
	PrevOrder(root->right);
}
void InOrder(BTNode* root)
{
	if (root == NULL)
	{
		printf("NULL");
		return;
	}
	InOrder(root->left);
	printf(" %c ", root->data);
	InOrder(root->right);
}
void PostOrder(BTNode* root)
{
	const BTNode* a = root;
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              	if (root == NULL)
	{
		printf(" NULL ");
		return;
	}
	PostOrder(root->left);
	PostOrder(root->right);
	printf(" %c ", root->data);
}

程序?qū)崿F(xiàn)方法 以及遞歸小技巧 遞歸先確定你要遞歸的函數(shù)的功能 比如:他返回什么,他傳入什么,他干了什么分情況討論 盡可能分清楚。設(shè)計(jì)好函數(shù)出口

以本題為例

只要這三行代碼 順序變化 那么遍歷方式也變化,這是為什么呢。

首先 函數(shù)的出口為root為空 而PostOrder(root->left);則是一直往左子樹方向走,走到什么時(shí)候進(jìn)行下一句呢? 走到底,走到底之后 就如圖

此時(shí)根據(jù)函數(shù)出口,return ; 回回到上一層 如圖

此時(shí)進(jìn)入 PostOrder(root->right); 如圖

此時(shí)又滿足了 函數(shù)出口 返回上一層 回到 19 往下走 打印 如此往復(fù) 我們得出結(jié)論,遍歷只需要換即可。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言二叉樹與堆的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言二叉樹與堆內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

相關(guān)文章

最新評(píng)論