数据结构-二叉树(Binary Tree)

本文介绍了一种使用顺序栈实现二叉树遍历的方法,并提供了完整的C语言源代码。通过递归与非递归两种方式实现了前序、中序及后序遍历,展示了如何利用栈来辅助完成非递归的中序遍历。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define LIST_INIT_SIZE 10
#define LISTINCREMENT 100
#define STACK_INIT_SIZE 100
#define STACKINCREMENT 10
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define true 1
#define false 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2
#define OPSETSIZE 7
#define MAXQSIZE 100

typedef char TelemType;
typedef int Status;
typedef struct BiTNode
{
    TelemType data;
    struct BiTNode *lchild, *rchild;
} BiTNode, *BiTree;
typedef BiTree SElemType;

typedef struct
{
    SElemType *base;
    SElemType  *top;
    int stacksize;
} SqStack;

Status InitStack(SqStack *S);
Status Push(SqStack *S, SElemType e);
Status Pop(SqStack *S, SElemType *e);
Status StackEmpty(SqStack S);
Status CreateBiTree(BiTree *T);
Status PrintElement(TelemType e);
Status visit(TelemType e);
Status PreorderTraverse(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e));
Status InorderTraverse(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e));
Status PostorderTraverse(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e));

int main()
{
    BiTree T;
    CreateBiTree(&T);
    printf("PreorderTraverse:");
    PreorderTraverse(T, visit);
    printf("\nInorderTraverse_1:");
    InorderTraverse(T, visit);
    printf("\nInorderTraverse_2:");
    InorderTraverse2(T, visit);
    printf("\nPostorderTraverse:");
    PostorderTraverse(T, visit);
    return 0;
}

Status InitStack(SqStack *S)
{
    S->base = (SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof (SElemType));
    if (!S->base) exit (OVERFLOW);
    S->top = S->base;
    S->stacksize = STACK_INIT_SIZE;
    return OK;
}
Status Push(SqStack *S, SElemType e)
{
    if (S->top - S->base >= S->stacksize) //栈满
    {
        S->base = (SElemType *)realloc
               (S->base, (S->stacksize + STACKINCREMENT)
                * sizeof(SElemType));
        if (!S->base) exit (OVERFLOW);
        S->top   = S->base + S->stacksize;
        S->stacksize += STACKINCREMENT;
    }  // if
    *S->top++ = e;
    return OK;
}  //Push
Status Pop(SqStack *S, SElemType *e)
{
    if(S->top == S->base)return ERROR;
    *e = *--S->top;
    return OK;
} //Pop
Status StackEmpty(SqStack S)
{
    if (S.base == S.top)
        return TRUE;
    return FALSE;
}

Status CreateBiTree(BiTree *T)
{
    char ch;
    ch = getchar();
    if (ch == ' ')
        *T = NULL;
    else
    {
        if (!(*T = (BiTNode *) malloc(sizeof (BiTNode))))
            exit(OVERFLOW);
        (*T)->data = ch;
        CreateBiTree(&((*T)->lchild));
        CreateBiTree(&((*T)->rchild));
    }
    return OK;
}

Status PrintElement(TelemType e)
{
    printf("%c ", e);
    return OK;
}
Status visit(TelemType e)
{
    printf("%c ", e);
    return OK;
}
Status  PreorderTraverse(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e))
{
    if (T)
    {
        if (visit(T->data))
            if (PreorderTraverse(T->lchild, visit))
                if (PreorderTraverse(T->rchild, visit)) return OK;
        return ERROR;
    }
    return OK;
}

Status InorderTraverse(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e) )
{
    if (T)
    {
        if (InorderTraverse(T->lchild, visit))
            if (visit(T->data))
                if (InorderTraverse(T->rchild, visit)) return OK;
        return ERROR;
    }
    return OK;
}

Status InorderTraverse2(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e))
{
    SqStack S;
    InitStack(&S);
    BiTree p = T;
    while( p || !StackEmpty(S) )
    {
        while (p)
        {
            Push(&S, p);
            p = p -> lchild;
        }
        if( !StackEmpty(S))
        {
            Pop(&S, &p);
            if (!visit(p -> data))
                return  ERROR;
            p = p -> rchild;
        }
    }
    return OK;
}

Status  PostorderTraverse(BiTree T, Status (*visit)(TelemType e))
{
    if (T)
    {
        if (PostorderTraverse(T->lchild, visit))
            if (PostorderTraverse(T->rchild, visit))
                if (visit(T->data))  return OK;
        return ERROR;
    }
    return OK;
}



### 关于二叉树数据结构实现与应用 #### 什么是二叉树二叉树是一种常见的非线性数据结构,其中每个节点最多有两个子节点:左子节点和右子节点。这种层次化的结构使得它非常适合用于表示分层关系以及解决许多实际问题。 #### 如何定义一个简单的二叉树节点类? 以下是基于 Python 的一种简单实现方式: ```python class TreeNode: def __init__(self, value=0, left=None, right=None): self.value = value self.left = left self.right = right ``` 上述代码片段展示了如何创建一个基本的二叉树节点对象 `TreeNode`,该对象具有三个属性:当前节点值 (`value`) 和指向左右子节点的指针 (`left`, `right`) [^1]。 #### 判断是否为正则二叉树 根据给定条件,“正则二叉树”指的是在整棵树中没有任何节点仅有一个子节点的情况。可以设计如下递归函数来判断某棵二叉树是否满足此性质: ```python def is_regular_binary_tree(node): if node is None: return True # 如果某个节点只有一个孩子,则不是正则二叉树 if (node.left and not node.right) or (not node.left and node.right): return False # 对左右子树分别进行递归检测 return is_regular_binary_tree(node.left) and is_regular_binary_tree(node.right) ``` 这里通过检查每一个节点是否存在单侧子节点的方式实现了对整个二叉树遍历的过程,并最终返回布尔类型的判定结果 [^2]。 #### 双向递归的特点及其优势 正如前面提到过的那样,因为二叉树本身具备天然的分支特性(即存在两个方向上的扩展可能性),所以在处理诸如查找、插入或者删除操作时往往需要用到双向递归来完成任务。这种方法不仅逻辑清晰而且易于理解维护 。 #### 总结 综上所述,我们探讨了有关二叉树的一些基础概念包括但不限于它的定义形式、具体应用场景下的算法编写思路等内容。希望这些信息能够对你有所帮助!
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