在上一篇文章 小小c#算法题 - 10 - 求树的深度中,用到了树的数据结构,树型结构是一类重要的非线性数据结构,树是以分支关系定义的层次结构,是n(n>=0)个结点的有限集。但在那篇文章中,只是简单地把结点组合到了一块。
这次,我们来简单定义一棵二叉树的数据结构,并实现其先序(根)遍历、中序(根)遍历、后序(根)遍历算法。
下面先来看一下先序遍历,中序遍历,后序遍历的定义:
先序遍历:
若二叉树为空,则空操作,否则
(1)访问根结点;
(2)先序遍历左子树;
(3)先序遍历右子树;
中序遍历:
若二叉树为空,则空操作,否则
(1)中序遍历左子树;
(2)访问根结点;
(3)中序遍历右子树;
后序遍历:
若二叉树为空,则空操作,否则
(1)后序遍历左子树;
(2)后序遍历右子树;
(3)访问根结点;
从上面定义可以看出,三种遍历算法都是一个递归的过程,临界条件为根结点为null,即要遍历的树为空树。
树既然是结点的数据结构,那么就先来定义结点的数据结构,下面是二叉树的结点结构:
public class Node
{
public int value;
public Node leftChild;
public Node rightChild;
public void Display()
{
Console.Write(value + " ");
}
}
通过代码可以看到,一个结点由以下元素组成:值(value);左孩子的引用(leftChild);右孩子的引用(rightChild);显示方法(Display),这个方法用于测试与验证工作,用来输出结点的值到终端。其中值(value)属性的定义可以为任何复杂类型的结构,这里只是为了方便,定义为了一个整型变量。
下面就来定义二叉树了,其实树可以有很多属性或方法,比如,可以有插入一个结点作为一个结点结点的左孩子,右孩子的方法,求一个结点的兄弟结点的方法,求树深度的方法,求一个结点父结点的方法等等。在这篇文章中,我们只给出1个属性和5个方法。树的根结点属性,构造函数,插入结点方法,先序遍历方法,中序遍历方法,后序遍历方法。
先给出树的完整代码:
public class BinaryTree
{
public Node root; public BinaryTree()
{
root = null;
} public void Insert(int data)
{
Node newNode = new Node() { value = data };
if (root == null)
{
root = newNode;
}
else
{
Node current = root;
Node parent;
while (true)
{
parent = current;
if (data < current.value)
{
current = current.leftChild;
if (current == null)
{
parent.leftChild = newNode;
break;
}
}
else
{
current = current.rightChild;
if (current == null)
{
parent.rightChild = newNode;
break;
}
}
}
}
} // 先序遍历
public static void PreOrderTraverse(Node root)
{
if (root != null) //若二叉树为空,则空操作,否则
{
root.Display(); // 访问根结点
PreOrderTraverse(root.leftChild); //先序遍历左子树
PreOrderTraverse(root.rightChild); //先序遍历右子树
}
} // 中序遍历
public static void InOrderTraverse(Node root)
{
if (root != null) //若二叉树为空,则空操作,否则
{
InOrderTraverse(root.leftChild); //中序遍历左子树
root.Display(); //访问根结点
InOrderTraverse(root.rightChild); //中序遍历右子树
}
} // 后序遍历
public static void PostOrderTraverse(Node root)
{
if (root != null) //若二叉树为空,则空操作,否则
{
PostOrderTraverse(root.leftChild); //后序遍历左子树
PostOrderTraverse(root.rightChild); //后序遍历右子树
root.Display(); //访问根结点
}
}
}
上面代码中,插入结点的代码逻辑可自己定义,你也可以指定一个另外一个结点,把要插入的结点作为其左孩子或右孩子等。这里的插入结点方法比较简单,按照这个方法可以构造一棵二叉排序树,又叫平衡二叉树,其定义为:这棵树或者是一棵空树;或者是具有下列性质的二叉树:(1)若它的左子树不为空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点;(2)若它的右子树不为空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点;(3)它的左、右子树也分别为二叉排序树。
对于三种遍历算法的代码,是按照其定义去写的,由于是递归调用,所以代码异常简洁。理解递归的最好办法是用简单的数据走一遍代码,所以,如果你没能很好地理解,可以采用这个方法去读代码。
下面是main方法中的调用代码,其中包含了构造二叉树的过程:
static void Main(string[] args)
{
BinaryTree myBinaryTree = new BinaryTree();
myBinaryTree.Insert();
myBinaryTree.Insert();
myBinaryTree.Insert();
myBinaryTree.Insert();
myBinaryTree.Insert();
myBinaryTree.Insert();
myBinaryTree.Insert(); Console.Write("PreOrder traverse: ");
BinaryTree.PreOrderTraverse(myBinaryTree.root);
Console.WriteLine();// 9 5 3 2 6 7 12
Console.Write("InOrder traverse: ");
BinaryTree.InOrderTraverse(myBinaryTree.root);
Console.WriteLine();// 2 3 5 6 7 9 12
Console.Write("PostOrder traverse: ");
BinaryTree.PostOrderTraverse(myBinaryTree.root);
Console.WriteLine();// 2 3 7 6 5 12 9 Console.ReadLine();
}
这棵二叉排序树共有7个结点组成,按照Insert方法的代码逻辑,其构成了如下的一棵树:
然后分别调用其先序遍历,中序遍历,后序遍历方法,结点输出的顺序应该如下所示:
先序遍历:9 5 3 2 6 7 12
中序遍历:2 3 5 6 7 9 12
后序遍历:2 3 7 6 5 12 9