C语言数据结构基础学习笔记——树

时间:2023-12-12 13:09:56

树是一种一对多的逻辑结构,树的子树之间没有关系。

度:结点拥有的子树数量。

树的度:树中所有结点的度的最大值。

结点的深度:从根开始,自顶向下计数。

结点的高度:从叶结点开始,自底向上计数。

树的性质:①树的结点数等于所有结点的度数加1;②度为m的树中第i层上至多有mi-1个结点(i>=1);③度为h的m叉数至多有(mh-1)/(m-1)个结点;④具有n个结点的m叉树的最小高度为[logm(n(m-1)+1)]。

树的表示方法:

①双亲表示法(顺序表示法):根节点parent=-1

typedef char ElemType;
typedef struct TNode{
ElemType data; //结点数据
int parent; //该结点双亲在数组中的下标
}TNode; //结点数据类型
#define MaxSize 50
typedef struct{
TNode nodes[MaxSize]; //结点数组
int n; //结点数量
}Tree; //树的双亲表示结构

②孩子表示法:把每个孩子的孩子结点排列起来存储成一个单链表,n个结点就有n个单链表,n个单链表的头指针又存储在一个顺序表(数组)中

typedef char ElemType;
typedef struct CNode{
int child; //该孩子在表头数组的下标
struct CNode *next; //指向该结点的下一个孩子结点
}CNode,*Child; //孩子结点数据类型
typedef struct{
ElemType data; //结点数据域
Child firstchild; //指向该结点的第一个孩子结点
}TNode; //孩子结点数据类型
#define MaxSize 100
typedef struct{
TNode nodes[MaxSize]; //结点数据域
int n; //树中的结点个数
}Tree; //树的孩子表示结构

③孩子兄弟表示法:分别指向孩子结点和兄弟结点,其结点结构为:

 typedef char ElemType;
typedef struct CSNode{
ElemType data; //该结点的数据域
struct CSNode *firstchild,*rightsib; //指向该结点的第一个孩子结点和该结点的右兄弟结点
}CSNode; //孩子兄弟结点数据类型

二叉树:①每个结点最多有两棵子树;②左右子树有顺序。

二叉树的种类:①斜二叉树;②满二叉树;③完全二叉树。

满二叉树是绝对的等腰三角形,每一个非叶子结点都有两个子树,而完全二叉树的结点个数随意,只需满足其层序遍历的序号与满二叉树相同即可。

二叉树的顺序存储:用一组地址连续的存储单元依次自上向下,自左至右存储完全二叉树上的结点元素,非完全二叉树需在对应空缺编号处保留数组空位,这是一种极其浪费的存储方式。

二叉树的链式存储:

①二叉链表:两个指针指向左右孩子结点。其实现为:

typedef struct BiTNode{
ELemType data;
struct BiTNode *lchild,*rchild;
}BiTNode,*BiTree;

②三叉链表:在二叉链表的基础上添加一个指针指向双亲。

二叉树的遍历:按某种次序依次访问树中的每个结点,使得每个结点均被访问人一次,而且仅被访问一次。

有以下四种方法:

①先序遍历:a.访问根节点;b.先序遍历左子树;c.先序遍历右子树。

递归实现:

void PreOrder(BiTree T){
if(T!=NULL){
printf("%c",T->data); //访问根节点
PreOrder(T->lchild); //递归遍历左子树
PreOrder(T->rchild); //递归遍历右子树
}
}

非递归实现:在实现过程中利用了栈的思想

void PreOrder(BiTree b){
InitStack(s);
BiTree p=b; //工作指针p
while(p||!IsEmpty(s)){
while(p){
printf("%c",p->data);
Push(s,p); //进栈
p=p->lchild;
}
if(!IsEmpty(s)){
p=P0p(s);
p=p->rchild;
}
}
}

②中序遍历:a.中序遍历左子树;b.访问根节点;c.中序遍历右子树。

递归实现:

void InOrder(BiTree T){
if(T!=NULL){
InOrder(T->lchild); //递归遍历左子树
printf("%c",T->data); //访问根节点
InOrder(T->rchild); //递归遍历右子树
}
}

非递归实现:

void InOrder(BiTree b){
InitStack(s);
BiTree p=b;
while(p||!IsEmpty(s)){
while(p){
Push(s,p);
p=p->lchild;
}
p=Pop(s);
printf("%c",p->data);
p=p->rchild;
}
}

③后序遍历:a.后序遍历左子树;b.后序遍历右子树;c.访问根节点。

递归实现:

void PostOrder(BiTree T){
if(T!=NULL){
PostOrder(T->lchild); //递归遍历左子树
PostOrder(T->rchild); //递归遍历右子树
printf("%c",T->data); //访问根节点
}
}

非递归实现:

void PostOrder(BiTree b){
InitStack(s);
BiTree p=b,r=NULL; //工作指针p,辅助指针r
while(p||!IsEmpty(s)){ //从根节点到最左下角的左子树都入栈
if(p){
Push(s,p);
p=p->lchild;
}
else{
GetTop(s,p); //取栈顶,不是出栈
if(p->rchild&&p->rchild!=r) //如果栈顶存在右子树且未被访问过,就去访问
p=p->rchild;
else{ //不存在右子树或者被访问过,则出栈
Pop(s,p);
printf("%c",p->data);
r=p;
p=NULL;
}
}
}
}

④层序遍历:从上向下逐层遍历,在同一层中,从左到右对结点逐个访问。

层序遍历没有递归实现,只有非递归实现:其采用了队列的思想

void LevelOrder(BiTree b){
InitQueue(Q);
BiTree p;
EnQueue(Q,b); //根结点入队
while(!IsEmpty(Q)){ //队列不空循环
DeQueue(Q,p) //队头元素出队
printf("%c",p->data);
if(p->lchild!=NULL)
EnQueue(Q,p->lchild);
if(p->rchild!=NULL)
EnQueue(Q,p->rchild);
}
}

如何将一棵树转化成二叉树:①将同一结点的各个孩子用线串起来;②将每个结点的子树分支,从左往右,除了第一个以外全部删除。

将二叉树转化成树:将二叉树从上到下分层,并调节成水平方向,之后是正向转化的逆过程。

一个重要结论:n个结点的二叉链表,每一个结点都有指向左右孩子的结点指针,所以一共有2n个指针,而n个结点的二叉树一共有n-1条分支,也就是存在2n-(n-1)=n+1个空指针。

线索二叉树:指向前驱和后继的指针称为线索,加上线索的二叉链表就称为线索链表,相应的二叉树就称为线索二叉树。对二叉树以某种次序遍历使其变成线索二叉树的过程叫作线索化。

下面我们以中序遍历作为例子,实现线索二叉树,并对其遍历:

线索二叉树的实现:

typedef struct ThreadTNode{
ELemType data;
struct ThreadTNode *lchild,*rchild;
int ltag,rtag; //tag=0指向孩子,tag=1指向前驱或者后继
}ThreadTNode,*ThreadTree;
void InThread(ThreadTree &p,ThreadTree &pre){
//pre指向中序遍历时上一个刚刚访问过的结点,初值为NULL
if(p){
InThread(p->lchild,pre);
if(p->lchild==NULL){
p->lchild=pre;
p->ltag=;
}
if(pre!=NULL&&pre->rchild==NULL){
pre->rchild=p;
pre->rtag=;
}
pre=p;
InThread(p->rchild,pre);
}
}

对线索二叉树进行中序遍历:

void InOrderTraverse(ThreadTree T){
ThreadTree p=T;
while(p){
while(p->ltag==) p=p->lchild;
printf("%c",p->data);
while(p->ltag==&&p->rchild){
p=p->rchild;
printf("%c",p->data);
}
p->rchild;
}
}

哈夫曼树中相关概念:

权:树中结点相关的数值;

路径长度:从树中某个结点到另一个结点之间的分支数目(经过的边数);

带权路径长度:从树的根结点到任意结点的路径长度与该结点权值的乘积;

树的带权路径长度:树中所有结点带权路径长度的和。

哈夫曼树的定义:含有n个带权叶子结点的二叉树中,其中带权路径长度最小的二叉树,也称为最优二叉树。