Binary Search Tree C语言实现

Binary Search Tree是数据结构中比较有用的一种二叉树结构,这种结构讲大量的数据进行平摊式分布,并且规定大的数在右边,小的数在左边,以这种方式存放的数据可以非常方便地做数据排序和检索。
关于BST的更多信息,可以查看这个链接(英文,讲的非常好,不得不赞):http://algs4.cs.princeton.edu/32bst/
台湾国立清华大学韩永楷老师的MOOC(讲的超级棒,完爆国内,我的代码实现就是参考韩老师的课程内容):http://www.icourse163.org/course/NTHU-451013#/info
下面给出使用C语言的实现方式,我使用了最简单的方式实现,代码中有很多注释,大家可以参考。代码可编译,可运行。

/*************************************************************************
    > File Name: bst.c
    > Author: Baniel Gao
    > Mail: createchance@163.com 
    > Created Time: Thu 01 Dec 2016 08:29:23 AM EST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct node_t {
    int key;
    struct node_t* parent;
    struct node_t* left;
    struct node_t* right;
} node;

/*
 * Get min number of this tree pointed by root.
 * 
 * Return min node pointer, NULL if root is NULL.
 */
node* min(node* root)
{
    node* min_node = root;

    if (root == NULL) {
        return NULL;
    }

    while (min_node->left != NULL) {
        min_node = min_node->left;
    }

    return min_node;
}

/*
 * Get max number of this tree pointed by root.
 * 
 * Return max node pointer, NULL if root is NULL.
 */
node* max(node* root)
{
    node* max_node = root;

    if (root == NULL)
    {
        return NULL;
    }

    while (max_node->right != NULL)
    {
        max_node = max_node->right;
    }

    return max_node;
}

/*
 * Search the number k.
 *
 * Return node pointer which contains the key, NULL if do not match anything.
 */
node* search(node* root, int k)
{
    node* current = root;

    if (root == NULL) {
        return NULL;
    }

    while (1) {
        if (current->key == k) {
            break;
        } else if (current->key > k) {
            current = current->left;
        } else {
            current = current->right;
        }

        if (current == NULL) {
            break;
        }
    }

    return current;
}

/*
 * Find the predeccessor of k.
 *
 * Return node pointer of predeccessor if success, NULL if find nothing.
 */
node* predecessor(node* root, int k)
{
    if (root == NULL)
    {
        return NULL;
    }

    node* target = search(root, k);
    if (target != NULL) {
        if (target->left != NULL) {
            target = max(target->left);
        } else {
            while (1) {
                if (target->parent == NULL) {
                    target = target->parent;
                    break;
                } else if (target == target->parent->right) {
                    target = target->parent;
                    break;
                } else if (target == target->parent->left) {
                    target = target->parent;
                }
            }
        }
    }

    return target;
}

/*
 * Find successor of number k.
 * 
 * Return node pointer of successor if success, NULL if find nothing.
 */
node* successor(node* root, int k)
{
    if (root == NULL) {
        return NULL;
    }

    node* target = search(root, k);
    if (target != NULL) {
        if (target->right != 
### 如何使用二叉搜索树(BST)实现 A+B 操作 在 C 编程语言中,可以通过构建两个二叉搜索树(BST),分别表示集合 A 和 B 的元素,然后通过遍历其中一个 BST 并将其节点插入到另一个 BST 中来完成 A+B 操作。以下是详细的实现方法: #### 数据结构定义 首先需要定义一个简单的二叉搜索树节点的数据结构。 ```c typedef struct TreeNode { int value; struct TreeNode* left; struct TreeNode* right; } TreeNode; ``` #### 插入函数 为了向 BST 添加新元素,可以编写如下 `insert` 函数。 ```c TreeNode* createNode(int value) { TreeNode* newNode = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode)); newNode->value = value; newNode->left = NULL; newNode->right = NULL; return newNode; } void insert(TreeNode** root, int value) { if (*root == NULL) { *root = createNode(value); } else { if (value < (*root)->value) { insert(&((*root)->left), value); // Insert into the left subtree. } else if (value > (*root)->value) { insert(&((*root)->right), value); // Insert into the right subtree. } // If value == (*root)->value, do nothing since duplicates are not allowed in a set. } } ``` #### 合并操作 要执行 A+B 操作,即合并两棵 BST,可以从一棵树中提取所有元素并将它们逐个插入另一棵树中。 ```c // In-order traversal to extract elements from one tree and add them to another. void mergeTrees(TreeNode* sourceRoot, TreeNode** targetRoot) { if (sourceRoot != NULL) { mergeTrees(sourceRoot->left, targetRoot); // Traverse left subtree first. insert(targetRoot, sourceRoot->value); // Add current node's value to target tree. mergeTrees(sourceRoot->right, targetRoot); // Then traverse right subtree. } } ``` #### 主程序逻辑 假设我们已经初始化了两棵 BST 表示集合 A 和 B,则可以通过调用上述函数完成 A+B 操作。 ```c int main() { TreeNode* treeA = NULL; TreeNode* treeB = NULL; // Example: Adding values to Tree A. int arrayA[] = {5, 3, 7, 2, 4}; for (size_t i = 0; i < sizeof(arrayA)/sizeof(arrayA[0]); ++i) { insert(&treeA, arrayA[i]); } // Example: Adding values to Tree B. int arrayB[] = {6, 8, 1}; for (size_t i = 0; i < sizeof(arrayB)/sizeof(arrayB[0]); ++i) { insert(&treeB, arrayB[i]); } // Perform A + B by merging all nodes of treeB into treeA. mergeTrees(treeB, &treeA); // Now treeA contains all unique elements from both sets. return 0; } ``` 此代码片段展示了如何利用二叉搜索树的性质高效地进行集合并集运算[^1]。
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