第十四周-项目三 是否二叉排序树

二叉排序树判断算法
本文介绍了一种判断给定二叉树是否为二叉排序树的算法,并提供了完整的C语言实现代码。通过中序遍历的方式,利用全局变量保存当前节点中序前趋的值来实现判断。

问题及描述:


/*  
*烟台大学计算机与控制工程学院  
作者:郗小艺  
完成日期:2016年12月2号  
问题描述: 设计一个算法,判断给定的二叉树是否是二叉排序树。 
*/   
#include <stdio.h>  
#include <malloc.h>  
#define MaxSize 100  
typedef int KeyType;                    //定义关键字类型  
typedef char InfoType;  
typedef struct node                     //记录类型  
{  
    KeyType key;                        //关键字项  
    InfoType data;                      //其他数据域  
    struct node *lchild,*rchild;        //左右孩子指针  
} BSTNode;  
int path[MaxSize];                      //全局变量,用于存放路径  
void DispBST(BSTNode *b);               //函数说明  
int InsertBST(BSTNode *&p,KeyType k)    //在以*p为根节点的BST中插入一个关键字为k的节点  
{  
    if (p==NULL)                        //原树为空, 新插入的记录为根节点  
    {  
        p=(BSTNode *)malloc(sizeof(BSTNode));  
        p->key=k;  
        p->lchild=p->rchild=NULL;  
        return 1;  
    }  
    else if (k==p->key)  
        return 0;  
    else if (k<p->key)  
        return InsertBST(p->lchild,k);  //插入到*p的左子树中  
    else  
        return InsertBST(p->rchild,k);  //插入到*p的右子树中  
}  
BSTNode *CreatBST(KeyType A[],int n)  
//由数组A中的关键字建立一棵二叉排序树  
{  
    BSTNode *bt=NULL;                   //初始时bt为空树  
    int i=0;  
    while (i<n)  
        InsertBST(bt,A[i++]);       //将A[i]插入二叉排序树T中  
    return bt;                          //返回建立的二叉排序树的根指针  
}  
  
void DispBST(BSTNode *bt)  
//以括号表示法输出二叉排序树bt  
{  
    if (bt!=NULL)  
    {  
        printf("%d",bt->key);  
        if (bt->lchild!=NULL || bt->rchild!=NULL)  
        {  
            printf("(");  
            DispBST(bt->lchild);  
            if (bt->rchild!=NULL) printf(",");  
            DispBST(bt->rchild);  
            printf(")");  
        }  
    }  
}  
  
/* 
int JudgeBST(BSTNode *bt)为判断一个树是否为排序二叉树设计的算法的实现 
*/  
KeyType predt=-32767; //predt为全局变量,保存当前节点中序前趋的值,初值为-∞  
int JudgeBST(BSTNode *bt)   //判断bt是否为BST  
{  
    int b1,b2;  
    if (bt==NULL)  
        return 1;    //空二叉树是排序二叉树  
    else  
    {  
        b1=JudgeBST(bt->lchild);   //返回对左子树的判断,非排序二叉树返回0,否则返回1  
        if (b1==0 || predt>=bt->key)  //当左子树非排序二叉树,或中序前趋(全局变量)大于当前根结点时  
            return 0;    //返回“不是排序二叉树”  
        predt=bt->key;   //记录当前根为右子树的中序前趋  
        b2=JudgeBST(bt->rchild);   //对右子树进行判断  
        return b2;  
    }  
}  
  
int main()  
{  
    BSTNode *bt;  
    int a[]= {43,91,10,18,82,65,33,59,27,73},n=10;  
    printf("创建排序二叉树:");  
    bt=CreatBST(a,n);  
    DispBST(bt);  
    printf("\n");  
    printf("bt%s\n",(JudgeBST(bt)?"是一棵BST":"不是一棵BST"));  
    bt->lchild->rchild->key = 30;  //搞个破坏!  
    printf("修改后的二叉树:");  
    DispBST(bt);  
    printf("\n");  
    printf("bt%s\n",(JudgeBST(bt)?"是一棵BST":"不是一棵BST"));  
    return 0;  
}  

运行结果:



知识点总结:


判断二叉树的应用。

### 合并两棵二叉排序树的算法 要将两棵二叉排序树 \(T_1\) 和 \(T_2\) 合并为一棵新的二叉排序树 \(dst\),可以基于二叉搜索树的重要性质来设计算法。具体而言,通过中序遍历可以获得一个有序序列[^3]。以下是详细的实现思路: #### 思路分析 1. **获取两个有序序列** 对 \(T_1\) 和 \(T_2\) 进行中序遍历,分别获得它们对应的升序序列 \(seq_1\) 和 \(seq_2\)。 2. **合并两个有序序列** 使用归并排序的思想,将 \(seq_1\) 和 \(seq_2\) 合并为一个新的有序数组 \(merged\_seq\)。 3. **构建新二叉排序树** 利用 \(merged\_seq\) 构建一颗新的二叉排序树 \(dst\)。对于每一个元素,在插入过程中遵循以下规则: - 如果当前节点为空,则直接插入; - 如果待插入值小于当前节点值,则继续向左子树寻找位置; - 如果待插入值大于当前节点值,则继续向右子树寻找位置。 #### 算法伪代码 ```python class TreeNode: def __init__(self, val=0, left=None, right=None): self.val = val self.left = left self.right = right def inorder_traversal(root): # 中序遍历函数 result = [] stack = [] current = root while current or stack: while current: stack.append(current) current = current.left current = stack.pop() result.append(current.val) # 记录访问顺序 current = current.right return result def merge_sorted_lists(list1, list2): # 归并两个有序列表 merged_list = [] i, j = 0, 0 while i < len(list1) and j < len(list2): if list1[i] <= list2[j]: merged_list.append(list1[i]) i += 1 else: merged_list.append(list2[j]) j += 1 merged_list.extend(list1[i:]) merged_list.extend(list2[j:]) return merged_list def insert_into_bst(root, value): # 插入操作 if not root: return TreeNode(value) if value < root.val: root.left = insert_into_bst(root.left, value) elif value > root.val: root.right = insert_into_bst(root.right, value) return root def build_merged_bst(tree1, tree2): # 主函数 seq1 = inorder_traversal(tree1) # 获取第一个BST的中序序列 seq2 = inorder_traversal(tree2) # 获取第二个BST的中序序列 merged_seq = merge_sorted_lists(seq1, seq2) # 合并两个有序序列 new_root = None for num in merged_seq: # 遍历合并后的序列,逐个插入到新的BST中 new_root = insert_into_bst(new_root, num) return new_root ``` #### 示例说明 假设我们有两棵树 \(T_1\) 和 \(T_2\): \(T_1:\) ``` 8 / \ 3 10 / \ \ 1 6 14 / \ / 4 7 13 ``` \(T_2:\) ``` 9 / \ 5 11 / 12 ``` 执行 `build_merged_bst(T1, T2)` 的过程如下: 1. 获得 \(T_1\) 的中序序列 `[1, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 13, 14]`。 2. 获得 \(T_2\) 的中序序列 `[5, 9, 11, 12]`。 3. 合并这两个序列得到 `[1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]`。 4. 基于这个序列逐步插入形成新的 BST。 最终结果是一颗包含所有元素的新二叉排序树---
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