樹和二叉樹

2021-08-28 10:08:48 字數 3041 閱讀 1698

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。

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)。

在實際應用中,二叉查詢樹的使用比較多

參考

二叉樹 滿二叉樹和完全二叉樹

二叉樹是一種很重要的非線性資料結構,它是樹結構的一種重要的型別 它不是樹結構的特殊情況 其特徵是每個節點最多有兩個子樹。二叉樹的特點 二叉樹每個結點最多有 2個子結點,樹則無此限制 二叉樹中 結點的子樹 分成左子樹和右子樹,即使某結點只有一棵子樹,也要指明該子樹是左子樹,還是右子樹,就是說 二叉樹是...

樹 二叉樹 滿二叉樹 完全二叉樹 完滿二叉樹

目錄名稱作用根 樹的頂端結點 孩子當遠離根 root 的時候,直接連線到另外乙個結點的結點被稱之為孩子 child 雙親相應地,另外乙個結點稱為孩子 child 的雙親 parent 兄弟具有同乙個雙親 parent 的孩子 child 之間互稱為兄弟 sibling 祖先結點的祖先 ancesto...

二叉樹和完全二叉樹

二叉樹規律 假設根節點的高度為0 二叉樹是每個節點至多只有兩個節點的樹 深度為i所在的層至多有 2 i個節點 高度為k的二叉樹至多有2 k 1 1個節點 n0表示度為0的節點,n2表示度為2的節點,存在n0 n2 1 對所有樹有 節點個數 邊數 1 完全二叉樹規律 節點數為n的完全二叉樹,其高度為 ...