C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)二叉樹(shù)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的示例詳解
前言
前面我們已經(jīng)對(duì)堆進(jìn)行學(xué)習(xí),堆就是一個(gè)順序結(jié)構(gòu)的二叉樹(shù),把數(shù)組看成二叉樹(shù),下面一起學(xué)習(xí)一下鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的二叉樹(shù),這里是用遞歸實(shí)現(xiàn)功能
1. 鏈?zhǔn)蕉鏄?shù)結(jié)構(gòu)
typedef char BTDataType; typedef struct BinaryTreeNode { BTDataType data; struct BinaryTreeNode* left; struct BinaryTreeNode* right; }BTNode;
2. 二叉樹(shù)的遍歷
首先,我要說(shuō)明一下遞歸實(shí)現(xiàn);遞歸實(shí)現(xiàn)一般分為三個(gè)步驟(遞歸三要素):初步明確函數(shù)功能,限制條件,找到實(shí)現(xiàn)此功能的等式
單項(xiàng)遞歸和二叉樹(shù)遞歸(多項(xiàng)遞歸)的區(qū)別?
單項(xiàng)遞歸并沒(méi)有分支,多項(xiàng)遞歸是有分支的,這就意味著二叉樹(shù)更看中整體,單項(xiàng)遞歸更看重分治。
單項(xiàng)遞歸和二叉樹(shù)遞歸的共同點(diǎn)?
都是分治思想,子問(wèn)題再分子問(wèn)題再分子問(wèn)題的思想
2.1 前序遍歷
思想:把樹(shù)看成整體:根、左子樹(shù)、右子樹(shù),先遍歷根再走左子樹(shù)再走右子樹(shù)
void BinaryTreePrevOrder(BTNode* root) { //根的情況(到底的限制條件) if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } printf("%c ", root->data); BinaryTreePrevOrder(root->left); BinaryTreePrevOrder(root->right); }
2.2 中序遍歷
思想:把樹(shù)看成整體:根、左子樹(shù)、右子樹(shù),先遍歷左子樹(shù)再走根再走右子樹(shù)
void BinaryTreeInOrder(BTNode* root) { //根的情況(到底的限制條件) if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } BinaryTreeInOrder(root->left); printf("%c ", root->data); BinaryTreeInOrder(root->right); }
2.3 后序遍歷
void BinaryTreePostOrder(BTNode* root) { //根的情況(到底的限制條件) if (root == NULL) { printf("NULL "); return; } BinaryTreePostOrder(root->left); BinaryTreePostOrder(root->right); printf("%c ", root->data); }
2.4 層序遍歷
思想:出上一層的同時(shí)帶著下一層入隊(duì)列
//鏈?zhǔn)疥?duì)列的結(jié)構(gòu) typedef struct BinaryTreeNode* QueueDataType; typedef struct QueueNode { QueueDataType data; struct QueueNode* next; }QueueNode; //因?yàn)橐苯拥玫疥?duì)頭的元素和隊(duì)尾的元素 typedef struct QueueLinkList { QueueNode* head; //隊(duì)頭 QueueNode* tail; //隊(duì)尾 int size; //元素總數(shù) }QLL; //隊(duì)列初始化 void QLLInit(QLL* queue) { assert(queue); queue->head = NULL; queue->tail = NULL; queue->size = 0; } //進(jìn)隊(duì) void QLLPush(QLL* queue, QueueDataType x) { assert(queue); QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode)); if (newnode == NULL) { perror("QLLPush:malloc is failed!\n"); exit(-1); } newnode->data = x; newnode->next = NULL; if (queue->head == NULL) { queue->head = queue->tail = newnode; } else { queue->tail->next = newnode; queue->tail = newnode; } queue->size++; } //出隊(duì) void QLLPop(QLL* queue) { assert(queue != NULL); assert(QLLEmpty(queue) != true); //只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí) if (queue->head->next == NULL) { free(queue->head); //free的是這個(gè)結(jié)點(diǎn)的空間,并不是指針 queue->head = queue->tail = NULL; } else { //通常情況 QueueNode* del = queue->head; queue->head = queue->head->next; free(del); //無(wú)需置空 } queue->size--; } //拿取隊(duì)頭數(shù)據(jù) QueueDataType QLLFront(QLL* queue) { assert(queue != NULL); assert(QLLEmpty(queue) != true); return queue->head->data; } //判空 bool QLLEmpty(QLL* queue) { assert(queue); //return queue->size == 0; return queue->head == NULL && queue->tail == NULL; } //銷(xiāo)毀 void QLLDestroy(QLL* queue) { assert(queue); QueueNode* cur = queue->head; while (cur != NULL) { QueueNode* del = cur; cur = cur->next; free(del); del = NULL; } queue->head = queue->tail = NULL; queue->size = 0; } //層序遍歷實(shí)現(xiàn) void BinaryTreeLevelOrder(BTNode* root) { QLL queue; QLLInit(&queue); //根先入隊(duì)列 if (root != NULL) { QLLPush(&queue, root); } //隊(duì)列不為NULL的時(shí)候進(jìn)行出隊(duì)頭帶下層數(shù)據(jù)入隊(duì)操作 while (QLLEmpty(&queue) != true) { //出隊(duì)頭操作 BTNode* front = QLLFront(&queue); printf("%c ", front->data); QLLPop(&queue); //帶下一層進(jìn)隊(duì) if (front->left != NULL) { QLLPush(&queue, front->left); } if (front->right != NULL) { QLLPush(&queue, front->right); } } printf("\n"); QLLDestroy(&queue); }
說(shuō)明:為什么遞歸不畫(huà)圖來(lái)解決呢?
多項(xiàng)遞歸畫(huà)圖是很難理解的,因?yàn)樗皇俏覀冞壿嬌舷氲?,就拿前序遍歷來(lái)說(shuō),首先是根,再遍歷左子樹(shù)再遍歷右子樹(shù)這樣循環(huán)來(lái)走,但是在實(shí)際遞歸中邏輯是左子樹(shù)走到底,直到NULL時(shí)返回訪問(wèn)右子樹(shù),如果說(shuō)是畫(huà)圖是理解不了二叉樹(shù)遞歸的,這里我們就要扣住樹(shù)的結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù),這樣是我們邏輯上的實(shí)現(xiàn),并不是實(shí)際中的過(guò)程實(shí)現(xiàn),這里我需要說(shuō)明一下,畫(huà)圖是為了在原有基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò),這里糾正的錯(cuò)也是和根的限制條件有關(guān),這里我還會(huì)出幾期二叉樹(shù)的相關(guān)練習(xí),到時(shí)候希望大佬們看看就能理解了二叉樹(shù)遞歸!
3. 常見(jiàn)功能
3.1 二叉樹(shù)結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)
遞歸三要素解決問(wèn)題
- 首先二叉樹(shù)想到整體結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù)
- 函數(shù)功能:求二叉樹(shù)結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)
- 限制條件:根為NULL的時(shí)候就不是一個(gè)結(jié)點(diǎn)(起初的結(jié)束條件:針對(duì)根來(lái)說(shuō))
- 等式:計(jì)算左子樹(shù)中的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和右子樹(shù)的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù),最后加上根這個(gè)結(jié)點(diǎn)
int BinaryTreeSize(BTNode* root) { if (root == NULL) { return 0; } return BinaryTreeSize(root->left) + BinaryTreeSize(root->right) + 1; }
代碼分析
上述列出來(lái)的思路就是實(shí)現(xiàn)思路,這里注意的是樹(shù)的整體結(jié)構(gòu),我一直扣的就是整體結(jié)構(gòu),等式中寫(xiě)的也是整體結(jié)構(gòu)的邏輯;這里來(lái)看代碼很簡(jiǎn)單就是根和左子樹(shù)和右子樹(shù)結(jié)構(gòu)
為什么不寫(xiě)子結(jié)構(gòu):根、左孩子、右孩子?
原因就是如果寫(xiě)成子結(jié)構(gòu)的話就不是整體,而是把整體分為多個(gè)相同的結(jié)構(gòu)來(lái)討論,這里就不是整體觀念就很容易陷進(jìn)去,為什么二叉樹(shù)遞歸難,難就難在你沒(méi)扣住整體,而是扣住的是子結(jié)構(gòu),如果扣住子結(jié)構(gòu)那就很容易陷進(jìn)去,只要陷進(jìn)去了就不是我們自己想的邏輯,而是實(shí)際遞歸的過(guò)程邏輯,實(shí)際遞歸的過(guò)程邏輯和我們想的邏輯有很大的區(qū)別
為什么首先要有個(gè)前提:樹(shù)的結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù)?
原因很簡(jiǎn)單,我們考慮整體就少不了這個(gè)結(jié)構(gòu),這是我們首先要考慮的問(wèn)題;另外也是因?yàn)檫@里三要素中的實(shí)現(xiàn)是離不開(kāi)這個(gè)整體結(jié)構(gòu)的,如果離開(kāi)了整體結(jié)構(gòu)就又被陷進(jìn)去了
限制條件是怎么來(lái)限制的?
首先我們考慮的結(jié)構(gòu)就是樹(shù)的整體結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù),我們不可能是來(lái)對(duì)左右子樹(shù)來(lái)限制吧,因?yàn)樽笥易訕?shù)中有很多結(jié)點(diǎn),從整體上來(lái)說(shuō)是考慮不到的,另外你只要考慮左右子樹(shù)中的結(jié)點(diǎn)恭喜你,你又被陷進(jìn)去出不來(lái)了哈哈,所以這里的限制條件是針對(duì)根來(lái)講的:也就是根的起初的結(jié)束條件以及和題意的聯(lián)系
3.2 二叉樹(shù)葉子結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)
遞歸三要素解決問(wèn)題
- 前提:樹(shù)的結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù)
- 函數(shù)功能:求二叉樹(shù)葉子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)
- 限制條件:root=NULL的時(shí)候就不是葉子結(jié)點(diǎn),根的左右孩子是空的時(shí)候但根不是空的時(shí)候就是葉子結(jié)點(diǎn)
- 等式:在左右子樹(shù)中找葉子節(jié)點(diǎn),左右子樹(shù)中的葉子結(jié)點(diǎn)之和也就是樹(shù)的葉子結(jié)點(diǎn)
int BinaryTreeLeafSize(BTNode* root) { if (root == NULL) { return 0; } if (root->left == NULL && root->right == NULL) { return 1; } return BinaryTreeLeafSize(root->left) + BinaryTreeLeafSize(root->right); }
代碼分析
3.3 第K層結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)
遞歸三要素解決問(wèn)題
- 前提:樹(shù)的結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù)
- 函數(shù)功能:求第K層結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)
- 限制條件:root=NULL(起初的結(jié)束條件),根所處的是第一層所以K=1的時(shí)候返回1(題意結(jié)束條件)
- 等式:在左右子樹(shù)的第k-1層中的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)(因?yàn)榈谝粚邮歉?,所以第K-1層才是我們要求的第K層)
int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k) { if (root == NULL) { return 0; } if (k == 1) { return 1; } return BinaryTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BinaryTreeLevelKSize(root->right, k - 1); }
代碼分析
3.4 二叉樹(shù)的深度
遞歸三要素解決問(wèn)題
- 前提:樹(shù)的結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù)
- 函數(shù)功能:求樹(shù)的深度
- 限制條件:根為NULL時(shí)結(jié)束
- 等式:樹(shù)的根是第一層,那么我們只用計(jì)算出左子樹(shù)和右子樹(shù)的哪個(gè)深度大就再加上1(根的深度)就是樹(shù)的深度
int BinaryTreeDepth(BTNode* root) { if (root == NULL) { return 0; } int LeftTreeDepth = BinaryTreeDepth(root->left); int RightTreeDepth = BinaryTreeDepth(root->right); if (LeftTreeDepth > RightTreeDepth) { return LeftTreeDepth + 1; } else { return RightTreeDepth + 1; } }
代碼分析
沒(méi)進(jìn)行優(yōu)化的代碼:
int BinaryTreeDepth(BTNode* root) { if (root == NULL) { return 0; } if (BinaryTreeDepth(root->left) > BinaryTreeDepth(root->right)) { return BinaryTreeDepth(root->left) + 1; } else { return BinaryTreeDepth(root->right) + 1; } }
這個(gè)代碼也是對(duì)的,但是時(shí)間復(fù)雜就要多了1倍,因?yàn)榕袛嘀杏玫竭f歸了,找到了并沒(méi)有記錄深度,也就進(jìn)入判斷中的遞歸,再此遞歸一次,這樣時(shí)間復(fù)雜度就增了1倍。
3.5 判斷是不是樹(shù)是不是完全二叉樹(shù)
思路:
完全二叉樹(shù)的性質(zhì):前K-1層是滿二叉樹(shù),最后一層是從左到右是連續(xù)的
思路:用層序遍歷來(lái)解決,出上一層的同時(shí)帶下一層的數(shù)據(jù),知道遇到NULL的時(shí)候就要進(jìn)行判斷隊(duì)列中是不是還有不為NULL的值,如果有就不是完全二叉樹(shù),沒(méi)有則是
bool BinaryTreeComplete(BTNode* root) { QLL queue; QLLInit(&queue); if (root != NULL) { QLLPush(&queue, root); } //拿到每層的 while (QLLEmpty(&queue) != true) { BTNode* front = QLLFront(&queue); QLLPop(&queue); //當(dāng)這層遇到NULL的時(shí)候進(jìn)行判斷 if (front == NULL) { break; } else { QLLPush(&queue, front->left); QLLPush(&queue, front->right); } } //出到NULL進(jìn)行檢查 //如果后面有非NULL就不是完全二叉樹(shù) while (QLLEmpty(&queue) != true) { BTNode* front = QLLFront(&queue); QLLPop(&queue); //不為NULL說(shuō)明最后一層不是連續(xù)的 if (front != NULL) { QLLDestroy(&queue); return false; } } QLLDestroy(&queue); return true; }
3.6 在二叉樹(shù)中查找值為x的結(jié)點(diǎn)
遞歸三要素解決問(wèn)題
前提:樹(shù)的結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù)
函數(shù)功能: 在二叉樹(shù)中查找值為x的結(jié)點(diǎn)
限制條件:root=NULL時(shí)結(jié)束,root->val=x時(shí)找到了就結(jié)束
等式:在根里面找,在左子樹(shù)和右子樹(shù)里面找
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x) { if (root == NULL) { return NULL; } if (root->data == x) { return root; } BTNode* ret1 = BinaryTreeFind(root->left, x); if (ret1 != NULL) { return ret1; } BTNode* ret2 = BinaryTreeFind(root->right, x); if (ret2 != NULL) { return ret2; } return NULL; }
代碼分析
錯(cuò)誤列舉
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x) { if (root == NULL) { return NULL; } if (root->data == x) { return root; } return BinaryTreeFind(root->left, x) || BinaryTreeFind(root->right, x); }
為什么邏輯上是對(duì)的,但是是錯(cuò)的?
最后的return的意思翻譯過(guò)來(lái)就是在左子樹(shù)里面找,找到了就返回,不進(jìn)右子樹(shù),如果左子樹(shù)中沒(méi)找到就進(jìn)右子樹(shù),找到了返回,如果都沒(méi)找到就直接返回NULL;邏輯上是對(duì)的,但是呢,這里我們返回的是指針,指針的的關(guān)系不能用邏輯關(guān)系來(lái)表達(dá),所以是錯(cuò)的
3.7 拿到每一層的數(shù)據(jù)
思路
也是圍繞層序遍歷來(lái)寫(xiě):記錄每一層的結(jié)點(diǎn)樹(shù)來(lái)出隊(duì)列就行了,這里也是層序遍歷的知識(shí)是主要的,就不再進(jìn)行討論了
void EveryLayer(BTNode* root) { QLL queue; int levelCount = 0; QLLInit(&queue); if (root != NULL) { QLLPush(&queue, root); //第一層就是一個(gè)數(shù)據(jù) levelCount = 1; } while (QLLEmpty(&queue) != true) { while (levelCount--) { BTNode* front = QLLFront(&queue); printf("%c ", front->data); QLLPop(&queue); if (front->left != NULL) { QLLPush(&queue, front->left); } if (front->right != NULL) { QLLPush(&queue, front->right); } } //下一層的個(gè)數(shù) levelCount = QLLSize(&queue); printf("\n"); } QLLDestroy(&queue); }
結(jié)合上述題就很容易看出實(shí)際上我們寫(xiě)代碼來(lái)劃分的話也是樹(shù)的整體結(jié)構(gòu):根、左子樹(shù)、右子樹(shù),時(shí)刻把握著樹(shù)的整體結(jié)構(gòu),這個(gè)結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)在等式中,同時(shí)也影響到了限制條件,限制條件中只用管根的結(jié)束條件以及形成條件,其他的不用管,這就是在代碼中實(shí)現(xiàn)的過(guò)程,這里我就不在畫(huà)圖,覺(jué)得這個(gè)過(guò)程不能實(shí)現(xiàn)我說(shuō)的對(duì)應(yīng)的功能的時(shí)候你就畫(huà)圖去嘗試?yán)斫庖幌?,謝謝
4. 二叉樹(shù)的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀
4.1 二叉樹(shù)的創(chuàng)建
思路:
這里用到前序遍歷來(lái)創(chuàng)建,也就是數(shù)組的元素按個(gè)放進(jìn)根的數(shù)據(jù)域中
限制條件:就是當(dāng)元素為#,代表的是二叉樹(shù)中的NULL
BTNode* BinaryTreeCreate(BTDataType* a, int* pi) { //形成條件 if (a[(*pi)] == '#') { (*pi)++; return NULL; } BTNode* root = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode)); if (root == NULL) { perror("BinaryTreeCreate: malloc is failed!\n"); exit(-1); } //根 root->data = a[(*pi)++]; //左右子樹(shù) root->left = BinaryTreeCreate(a, pi); root->right = BinaryTreeCreate(a, pi); return root; } void Test2() { char str[] = { 'A','B','D','#','#','E','#','H','#','#','C','F','#','#','G','#','#' }; int i = 0; BTNode* root = BinaryTreeCreate(str, &i); }
4.2 二叉樹(shù)的銷(xiāo)毀
//二級(jí)指針 void BinaryTreeDestory(BTNode** root) { if ((*root) == NULL) { return; } BinaryTreeDestory(&((*root)->left)); BinaryTreeDestory(&((*root)->right)); free((*root)); *root = NULL; }
void FirstPointBinaryTreeDestory(BTNode* root) { if (root == NULL) { return; } FirstPointBinaryTreeDestory(root->left); FirstPointBinaryTreeDestory(root->right); free(root); //root = NULL;(沒(méi)必要) }//需要說(shuō)明的是用這個(gè)函數(shù)調(diào)用后要對(duì)root置空
為什么采用后序遍歷來(lái)銷(xiāo)毀二叉樹(shù)?
因?yàn)楹笮虮闅v最開(kāi)始走到的就是左子樹(shù)的最后一層,然后逐次向上銷(xiāo)毀,并不會(huì)影響每個(gè)結(jié)點(diǎn)的指向;如果采用前序遍歷呢?采用前序遍歷上來(lái)就是free掉了根結(jié)點(diǎn),就找到不到這個(gè)根結(jié)點(diǎn)的左右孩子了
以上就是C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)二叉樹(shù)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的示例詳解的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C語(yǔ)言二叉樹(shù)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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