二叉樹的性質

2021-08-22 03:30:09 字數 3445 閱讀 4948

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1. 樹的定義

樹是一種資料結構,它是由n(n>=1)個有限節點組成乙個具有層次關係的集合。

把它叫做「樹」是因為它看起來像一棵倒掛的樹,也就是說它是根朝上,而葉朝下的。它具有以下的特點:

(01) 每個節點有零個或多個子節點;

(02) 沒有父節點的節點稱為根節點;

(03) 每乙個非根節點有且只有乙個父節點;

(04) 除了根節點外,每個子節點可以分為多個不相交的子樹。

2. 樹的基本術語

若乙個結點有子樹,那麼該結點稱為子樹根的"雙親",子樹的根是該結點的"孩子"。有相同雙親的結點互為"兄弟"。乙個結點的所有子樹上的任何結點都是該結點的後裔。從根結點到某個結點的路徑上的所有結點都是該結點的祖先。

結點的度:結點擁有的子樹的數目。

葉子:度為零的結點。

分支結點:度不為零的結點。

樹的度:樹中結點的最大的度。

層次:根結點的層次為1,其餘結點的層次等於該結點的雙親結點的層次加1。

樹的高度:樹中結點的最大層次。

無序樹:如果樹中結點的各子樹之間的次序是不重要的,可以交換位置。

有序樹:如果樹中結點的各子樹之間的次序是重要的, 不可以交換位置。

森林:0個或多個不相交的樹組成。對森林加上乙個根,森林即成為樹;刪去根,樹即成為森林。

1. 二叉樹的定義

二叉樹是每個節點最多有兩個子樹的樹結構。它有五種基本形態:二叉樹可以是空集;根可以有空的左子樹或右子樹;或者左、右子樹皆為空。

2. 二叉樹的性質

二叉樹有以下幾個性質:todo(上標和下標)

性質1:二叉樹第i層上的結點數目最多為2(i≥1)。

性質2:深度為k的二叉樹至多有2-1個結點(k≥1)。

性質3:包含n個結點的二叉樹的高度至少為log2 (n+1)

性質4:在任意一棵二叉樹中,若終端結點的個數為n0,度為2的結點數為n2,則n0=n2+1

2.1 性質1:二叉樹第i層上的結點數目最多為 2 (i≥1)

證明:下面用"數學歸納法"進行證明。

(01) 當i=1時,第i層的節點數目為2=2=1。因為第1層上只有乙個根結點,所以命題成立。

(02) 假設當i>1,第i層的節點數目為2。這個是根據(01)推斷出來的!

下面根據這個假設,推斷出"第(i+1)層的節點數目為2"即可。

由於二叉樹的每個結點至多有兩個孩子,故"第(i+1)層上的結點數目" 最多是 "第i層的結點數目的2倍"。即,第(i+1)層上的結點數目最大值=2×2=2。

故假設成立,原命題得證!

2.2 性質2:深度為k的二叉樹至多有2-1個結點(k≥1)

證明:在具有相同深度的二叉樹中,當每一層都含有最大結點數時,其樹中結點數最多。利用"性質1"可知,深度為k的二叉樹的結點數至多為:

20+21+…+2k-1=2k-1

故原命題得證!

2.3 性質3:包含n個結點的二叉樹的高度至少為log2 (n+1)

證明:根據"性質2"可知,高度為h的二叉樹最多有2–1個結點。反之,對於包含n個節點的二叉樹的高度至少為log2(n+1)。

2.4 性質4:在任意一棵二叉樹中,若終端結點的個數為n0,度為2的結點數為n2,則n0=n2+1

證明:因為二叉樹中所有結點的度數均不大於2,所以結點總數(記為n)="0度結點數(n0)" + "1度結點數(n1)" + "2度結點數(n2)"。由此,得到等式一。

(等式一) n=n0+n1+n2

另一方面,0度結點沒有孩子,1度結點有乙個孩子,2度結點有兩個孩子,故二叉樹中孩子結點總數是:n1+2n2。此外,只有根不是任何結點的孩子。故二叉樹中的結點總數又可表示為等式二。

(等式二) n=n1+2n2+1

由(等式一)和(等式二)計算得到:n0=n2+1。原命題得證!

3. 滿二叉樹,完全二叉樹和二叉查詢樹

3.1 滿二叉樹

定義:高度為h,並且由2 –1個結點的二叉樹,被稱為滿二叉樹。

3.2 完全二叉樹

定義:一棵二叉樹中,只有最下面兩層結點的度可以小於2,並且最下一層的葉結點集中在靠左的若干位置上。這樣的二叉樹稱為完全二叉樹。

特點:葉子結點只能出現在最下層和次下層,且最下層的葉子結點集中在樹的左部。顯然,一棵滿二叉樹必定是一棵完全二叉樹,而完全二叉樹未必是滿二叉樹。

3.3 二叉查詢樹

定義:二叉查詢樹(binary search tree),又被稱為二叉搜尋樹。設x為二叉查詢樹中的乙個結點,x節點包含關鍵字key,節點x的key值記為key[x]。如果y是x的左子樹中的乙個結點,則key[y] <= key[x];如果y是x的右子樹的乙個結點,則key[y] >= key[x]。

在二叉查詢樹中:

(01) 若任意節點的左子樹不空,則左子樹上所有結點的值均小於它的根結點的值;

(02) 任意節點的右子樹不空,則右子樹上所有結點的值均大於它的根結點的值;

(03) 任意節點的左、右子樹也分別為二叉查詢樹。

(04) 沒有鍵值相等的節點(no duplicate nodes)。

二叉樹性質

1.在二叉樹的第i層上最多有2i 1 個節點 i 1 用歸納法證明 歸納基 i 1 層時,只有乙個根結點,2i 1 20 1 歸納假設 假設i k時,命題成立 歸納證明 二叉樹上每個結點至多有兩棵子樹,則 第 k 1 層的結點數 最多為2k 1 x 2 2k 1 1 2.二叉樹中如果深度為k,那麼最...

二叉樹性質

二叉樹有以下幾個性質 todo 上標和下標 性質1 二叉樹第i層上的結點數目最多為2 i 1 性質2 深度為k的二叉樹至多有2 1個結點 k 1 性質3 包含n個結點的二叉樹的高度至少為log2 n 1 性質4 在任意一棵二叉樹中,若終端結點的個數為n0,度為2的結點數為n2,則n0 n2 1。2....

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1 第n層 n 1 上至多有2 n 1 個節點。第一層為 1 2 0 第二層為 2 2 1 第三層為 4 2 2 第i層為 2 n 1 2 深度為k時,至多有2 k 1個節點 k 1 由 1 可知用等比數列前n項和求出。3 具有n個節點的完全二叉樹的深度為k log n 1.k層完全二叉樹,就是前 ...