二叉树的基本操作<2>

////根据先序遍历结果构造一棵树--“abd###c##”
TreeNode* CreatTree(TreeNodeType cur[],size_t *index,size_t size,TreeNodeType null_value){
if(*index == size){
exit(0);
}
if(cur[*index] == null_value){
return NULL;
}
TreeNode* new = CreatTreeNode(cur[*index]);
++(*index);
new->lchild = CreatTree(cur,index,size,'#');
++(*index);
new->rchild = CreatTree(cur,index,size,'#');
return new;
}
//根据先序遍历结果构造一棵树的检测函数
void textCreatTree(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNodeType cur[] = "abd###c##";
printf("cur = %s\n",cur);
size_t size =sizeof(cur)/sizeof(cur[0])-1;
size_t index = 0;
TreeNode* ret = CreatTree(cur,&index,size,'#');
printf("\n************PreOrder********************\n");
PreOrder(ret);
printf("\n************INOrder********************\n");
InOrder(ret);
printf("\n************PostOrder********************\n");
PostOrder(ret);
printf("\n************LevelOrder********************\n");
levelOrder(ret);
printf("\n");
return;
}
void Destroy(TreeNode* root){
free(root);
root =NULL;
return;
}
//销毁树
//通过后续遍历,将访问操作改为删除结点的操作

void TreeDestroy(TreeNode** root){
if(root == NULL){
return;
}
TreeDestroy(&((*root)->lchild));
TreeDestroy(&((*root)->rchild));
if((*root)->lchild==NULL&&(*root)->rchild==NULL){
Destroy(*root);
}
}


void textTreeDestroy(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
TreeDestroy(&A);
if(A==NULL){
printf("销毁成功!\n");
}else{
printf("销毁失败!\n");
}
printf("\n");
return;
}
//树的拷贝
//通过遍历将树进行拷贝

TreeNode* TreeClone(TreeNode* root){
if(root == NULL){
return NULL;
}
TreeNode* new = CreatTreeNode(root->data);
new->lchild = TreeClone(root->lchild);
new->rchild = TreeClone(root->rchild);
return new;
}
void textTreeClone(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
TreeNode* ret = TreeClone(A);
printf("except:a b c d\n");
printf("actual:");
PreOrder(ret);
printf("\n");
}


//求一棵树的叶子结点个数
//先序遍历输出二叉树中叶子结点

size_t TreeLeafSize(TreeNode* root){
int leafcount;
if(root==NULL){
return 0;
}else if((root->lchild==NULL)&&(root->rchild==NULL)){
leafcount = 1;
}else{
leafcount=TreeLeafSize(root->lchild)+TreeLeafSize(root->rchild);
}
return leafcount;
}


void textTreeLeafSize(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
size_t ret = TreeLeafSize(A);
printf("except:2   ,actual:%d\n",ret);
printf("\n");
}
//求一棵树的结点个数
size_t TreeSize(TreeNode* root){
int count;
if(root == NULL){
return 0;
}
return 1+TreeSize(root->lchild)+TreeSize(root->rchild);
}
void textTreeSize(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
size_t ret = TreeSize(A);
printf("except:4   ,actual:%d\n",ret);
return;
}
//求一棵树第K层结点的个数
size_t TreeLevelSize(TreeNode* root,int k){
if(k<1){
printf("非法输入!\n");
exit(1);
}
if(root == NULL){
return;
}
if(k==1){
return 1;
}
return TreeLevelSize(root->lchild,k-1)+TreeLevelSize(root->rchild,k-1);
}
void textTreeLevelSize(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
size_t ret = TreeLevelSize(A,3);
printf("except:1   ,actual:%d\n",ret);
}
//在树中查找元素,这个元素有可能不在这棵树内
TreeNode* TreeFind(TreeNode* root,TreeNodeType to_find){
if(root == NULL){
return NULL;
}
TreeNode* ret= NULL;
if(root->data == to_find){
ret = root;
}
ret = TreeFind(root->lchild,to_find);
if(ret){
return ret;
}
ret = TreeFind(root->rchild,to_find);
if(ret){
return ret;
}
return ret;
}
void textTreeFind(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
TreeNode* ret = TreeFind(A,'f');
if(ret==NULL){
printf("未找到!\n");
return;
}
printf("except:d,   actual:%c\n",ret->data);


}
//求树的高度
size_t TreeHeigh(TreeNode* root){
int hl,hr,max;
if(root!=NULL){
hl = TreeHeigh(root->lchild);
hr = TreeHeigh(root->rchild);
max = hl>hr?hl:hr;
return (max+1);
}else{
return 0;
}
}
void textTreeHeigh(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
size_t ret= TreeHeigh(A);
printf("except:3   actual:%d\n",ret);


}
//求结点的左子树,首先判断该结点是否为空,如果位空,
//返回NULL,反之返回该结点的左子树

TreeNode* LChild(TreeNode* node){
if(node == NULL){
return NULL;
}
return node->lchild;
}
//求结点的右子树
//首先判断该结点是否为空结点,如果是空结点,
//返回NULL,反之返回该结点的右子树

TreeNode* RChild(TreeNode* node){
if(node ==NULL){
return NULL;
}
return node->rchild;
}
void textR_Lchild(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
TreeNode* ret1 = LChild(B);
if(ret1){
printf("左子树:except :d    ,actual:%c\n",ret1->data);
}else{
printf("未找到!\n");
}
TreeNode* ret2 = RChild(A);
if(ret2){
printf("右子树:except:c     ,actual:%c\n",ret2->data);
}else{
printf("未找到!\n");
}
return;
}
//求结点的父结点
TreeNode* parent(TreeNode* root,TreeNode* node){
if(root==NULL){
return NULL;
}
if(root->lchild==node){
return root;
}
if(root->lchild == node){
return root;
}
parent(root->lchild,node);
parent(root->rchild,node);
return NULL;
}
void textParent(){
printf("\n*************%s********************\n",__FUNCTION__);
TreeNode* A = CreatTreeNode('a');
TreeNode* B = CreatTreeNode('b');
TreeNode* C = CreatTreeNode('c');
TreeNode* D = CreatTreeNode('d');
A->lchild = B;
A->rchild = C;
B->lchild = D;
TreeNode* ret = parent(A,B);
if(ret){
printf("except: a   ,actual:%c\n",ret->data);
}else{
printf("未找到!\n");
}
}
#include <iostream> #include <fstream> using namespace std; template <class T> struct BinTreeNode { // 二叉树结点类定义 T data; // 数据域 BinTreeNode<T> *leftChild, *rightChild; // 左子女、右子女链域 BinTreeNode ( ): leftChild(NULL), rightChild(NULL){ } // 构造函数 BinTreeNode (T x, BinTreeNode<T> *l = NULL, BinTreeNode<T> *r = NULL): data(x), leftChild(l), rightChild(r){ } }; template <class T> class BinaryTree { // 二叉树类定义 private: BinTreeNode<T> *root; // 二叉树的根指针 T RefValue; // 数据输入停止标志 private: void CreateBinTree (ifstream& in, BinTreeNode<T>* &subTree); // 从文件读入建树 void destroy (BinTreeNode<T> *subTree); public: BinaryTree ( ) : root (NULL) { } // 构造函数 BinaryTree (T value) : RefValue(value), root(NULL) { } // 构造函数 //BinaryTree (BinaryTree<T>& s); // 复制构造函数 void CreatePreOrder (ifstream& in){ CreateBinTree(in, root); } ~BinaryTree ( ) { destroy(root); } // 析构函数 public: bool IsEmpty ( ); // 判二叉树空否 BinTreeNode<T> *LeftChild (BinTreeNode<T> *t);// 返回左子女 BinTreeNode<T> *RightChild (BinTreeNode<T> *t);//返回右子女 BinTreeNode<T> *getRoot( ); //取根 int Height ( ); // 求树高度 int Size ( ); // 求结点数 void PreOrder ( ); //前序遍历 void InOrder (); //中序遍历 void PostOrder ( ); //后序遍历 }; //**************************************************************************************** template<class T> void BinaryTree<T>::destroy (BinTreeNode<T> * subTree){ // 私有函数: 删除根为subTree的子树 if (subTree != NULL) { destroy (subTree->leftChild); // 删除左子树 destroy (subTree->rightChild); // 删除右子树 delete subTree; // 删除根结点 } } template<class T> void BinaryTree<T>::CreateBinTree (ifstream& in, BinTreeNode<T>* &subTree) { // 私有函数: 以递归方式建立二叉树。 T item; if ( !in.eof ( ) ) { // 未读完, 读入并建树 in >> item; // 读入根结点的值 if (item != RefValue) { subTree = new BinTreeNode<T>(item); // 建立根结点 if (subTree == NULL) { cerr << "存储分配错!" << endl; exit (1);} CreateBinTree (in, subTree->leftChild); // 递归建立左子树 CreateBinTree (in, subTree->rightChild);// 递归建立右子树 } else subTree = NULL; // 封闭指向空子树的指针 } }; template<class T> bool BinaryTree<T>::IsEmpty ( ) { return false; } template<class T> BinTreeNode<T> * BinaryTree<T>::getRoot( ) { return NULL; } template<class T> int BinaryTree<T>::Height( ) { return -1; } template<class T> int BinaryTree<T>::Size( ) { return -1; } template<class T> void BinaryTree<T>::PreOrder() { } template<class T> void BinaryTree<T>::InOrder() { } template<class T> void BinaryTree<T>::PostOrder( ) { } //************************************************************************************************************* int main(void) { //创建一个空树,其标志符号位@ BinaryTree<char> T('@'); //判断此时树是否为空 if( T.IsEmpty() ) { cout << "此时二叉树为空" << endl; } //读取文件中的数据,将数据组织成树的结构 ifstream ifs("tree.txt"); if(!ifs.is_open( )) { cout<<"〉找不到存放树结构的文件!"; system("pause"); return 0; } T.CreatePreOrder(ifs); ifs.close( ); //判断此时树是否不为空 if( !T.IsEmpty() ) { cout << "此时二叉树不为空" << endl; } //输出根节点的数据 cout << T.getRoot() ->data << endl; //输出根节点左右孩子的数据 cout << T.getRoot() ->leftChild ->data << endl; cout << T.getRoot() ->rightChild ->data << endl; //对树的一些操作 cout << "前序遍历:"; T.PreOrder(); cout << endl; cout << "中序遍历:"; T.InOrder(); cout << endl; cout << "后序遍历:"; T.PostOrder( ); cout << endl; cout << "节点数:"; cout << T.Size() << endl; cout << "树的高:"; cout << T.Height() << endl; system("pause"); return 0; }给我补全函数代码,并且给我讲解
最新发布
11-13
<think> 我们已知需要补全一个二叉树类,包含以下函数:IsEmpty, getRoot, Height, Size, PreOrder, InOrder, PostOrder。 首先,我们需要一个基本的二叉树节点结构,然后构建二叉树类。 假设二叉树节点定义如下: struct TreeNode { int val; TreeNode *left; TreeNode *right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; 二叉树类BinaryTree包含以下成员函数: 1. IsEmpty(): 判断二叉树是否为空 2. getRoot(): 获取根节点 3. Height(): 计算二叉树的高度(最大深度) 4. Size(): 计算二叉树的节点总数 5. PreOrder(): 先序遍历,返回遍历结果的序列(或者打印遍历序列) 6. InOrder(): 中序遍历 7. PostOrder(): 后序遍历 根据要求,我们将实现这些函数。注意,遍历函数可能有多种实现方式(递归、非递归),这里为了简单,先使用递归方式。 另外,由于我们不知道用户如何构建二叉树,所以我们在类中提供根节点指针,并通过构造函数初始化。 下面我们开始编写代码,并添加必要的注释。 </think> 以下是完整的二叉树类实现及函数讲解,基于C++语言实现: ```cpp #include <iostream> #include <queue> using namespace std; // 二叉树节点结构 struct TreeNode { int val; TreeNode *left; TreeNode *right; TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {} }; class BinaryTree { private: TreeNode* root; // 递归计算高度 int heightHelper(TreeNode* node) { if (!node) return 0; return 1 + max(heightHelper(node->left), heightHelper(node->right)); } // 递归计算节点数 int sizeHelper(TreeNode* node) { if (!node) return 0; return 1 + sizeHelper(node->left) + sizeHelper(node->right); } // 前序遍历辅助函数 void preOrderHelper(TreeNode* node, vector<int>& result) { if (!node) return; result.push_back(node->val); preOrderHelper(node->left, result); preOrderHelper(node->right, result); } // 中序遍历辅助函数 void inOrderHelper(TreeNode* node, vector<int>& result) { if (!node) return; inOrderHelper(node->left, result); result.push_back(node->val); inOrderHelper(node->right, result); } // 后序遍历辅助函数 void postOrderHelper(TreeNode* node, vector<int>& result) { if (!node) return; postOrderHelper(node->left, result); postOrderHelper(node->right, result); result.push_back(node->val); } public: // 构造函数 BinaryTree() : root(nullptr) {} // 设置根节点 void setRoot(TreeNode* node) { root = node; } // 1. 判断二叉树是否为空 bool IsEmpty() { return root == nullptr; } // 2. 获取根节点 TreeNode* getRoot() { return root; } // 3. 计算二叉树高度 int Height() { return heightHelper(root); } // 4. 计算节点总数 int Size() { return sizeHelper(root); } // 5. 前序遍历 (根->左->右) vector<int> PreOrder() { vector<int> result; preOrderHelper(root, result); return result; } // 6. 中序遍历 (左->根->右) vector<int> InOrder() { vector<int> result; inOrderHelper(root, result); return result; } // 7. 后序遍历 (左->右->根) vector<int> PostOrder() { vector<int> result; postOrderHelper(root, result); return result; } }; // 示例用法 int main() { BinaryTree tree; // 构建二叉树 TreeNode* root = new TreeNode(1); root->left = new TreeNode(2); root->right = new TreeNode(3); root->left->left = new TreeNode(4); root->left->right = new TreeNode(5); tree.setRoot(root); // 测试函数 cout << "Is empty: " << tree.IsEmpty() << endl; // 0 cout << "Height: " << tree.Height() << endl; // 3 cout << "Size: " << tree.Size() << endl; // 5 cout << "PreOrder: "; for (int val : tree.PreOrder()) cout << val << " "; // 1 2 4 5 3 cout << "\nInOrder: "; for (int val : tree.InOrder()) cout << val << " "; // 4 2 5 1 3 cout << "\nPostOrder: "; for (int val : tree.PostOrder()) cout << val << " "; // 4 5 2 3 1 return 0; } ``` ### 函数详解: 1. **IsEmpty()** - 功能:判断二叉树是否为空 - 实现:检查根节点指针是否为`nullptr` - 时间复杂度:$O(1)$ - 空间复杂度:$O(1)$ 2. **getRoot()** - 功能:获取根节点指针 - 应用场景:访问或修改二叉树结构 - 时间复杂度:$O(1)$ 3. **Height()** - 功能:计算二叉树高度(最大深度) - 算法:递归计算左右子树高度,取最大值加1 - 时间复杂度:$O(n)$(需访问所有节点) - 空间复杂度:$O(h)$(h为树高,递归栈空间)[^1] 4. **Size()** - 功能:计算节点总数 - 实现:递归计算左子树+右子树+根节点数量 - 时间复杂度:$O(n)$ - 空间复杂度:$O(h)$ 5. **PreOrder()** - 功能:前序遍历(根节点 → 左子树 → 右子树) - 应用:复制二叉树、前缀表达式 - 实现:递归访问节点并记录值 - 时间复杂度:$O(n)$[^2] 6. **InOrder()** - 功能:中序遍历(左子树 → 根节点 → 右子树) - 应用:二叉搜索树按序输出 - 实现:递归访问左子树→根→右子树 - 时间复杂度:$O(n)$ 7. **PostOrder()** - 功能:后序遍历(左子树 → 右子树 → 根节点) - 应用:删除二叉树、后缀表达式 - 实现:递归访问左子树→右子树→根 - 时间复杂度:$O(n)$ ### 关键点说明: - **递归实现**:遍历和计算函数均采用递归实现,符合二叉树递归定义 - **辅助函数**:核心逻辑通过私有辅助函数实现递归 - **空间使用**:遍历结果存储在`vector`中返回 - **时间复杂度**:所有函数均为$O(n)$(需访问所有节点) - **内存管理**:示例代码未包含析构函数,实际使用时需添加内存释放 二叉树是计算机科学中最重要的数据结构之一,许多高效算法如二叉搜索树、堆、哈夫曼编码等都基于二叉树实现[^1]。
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