二叉树节点数计算

本文深入探讨了完全二叉树的关键属性,包括节点数量、深度、子节点关系及编号规律,阐述了如何通过数学公式推导二叉树的结构特征。
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二叉树的第i层至多有2i-1个结点

深度为h的二叉树至多有2h-1个结点

对于一棵二叉树,若含有n0个叶子结点,n2个度为2的结点,则必存在关系式:n2=n0-1

具有n个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1.[]表示取整

若对含n个结点的完全二叉树从上到下且从左至右进行1至n的编号,则对完全二叉树中任意一个编号为i的结点:

    若i=1,则该结点是二叉树的根,无双亲,否则,编号为[i/2]的结点为其双亲结点;

    若2i>n,则该结点无左孩子结点,否则,编号为2i的结点为其左孩子结点;

    若2i+1>n,则该结点无右孩子结点,否则,编号为2i+1的结点为其右孩子结点。

若一个完全二叉树的结点数目为n,求n0,n1,n2,数的高度h,左孩子结点数目nl和右孩子结点数目nr?

  (n0为度为0的结点,n1为度为1的结点,n2为度为2的结点)

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在数据结构中,二叉树结点的计算方法有多种情况: - **通用二叉树结点公式**:设叶子节点个数为$n_0$,度为1的节点个数为$n_1$,度为2的节点个数为$n_2$,则有$n_0 = n_2 + 1$,且$n = n_0 + n_1 + n_2$。这里$n$表示二叉树的总节点数。此公式适用于所有的二叉树[^2]。 - **完全二叉树结点公式**: - 当$n_1 = 0$时(即度为1的节点为0个时,此时$n$为奇数)或者$n$为奇数时,$n_0=\frac{n}{2}$。 - 当$n_1 = 1$时(即度为1的节点为1个时,此时$n$为偶数)或者$n$为偶数时,$n_0=\frac{n}{2}$。例如,设一棵完全二叉树共有699个节点,因为$n$为奇数,所以$n_1 = 0$;由$n_0 = n_2 + 1$可得$n = n_0 + n_1 + n_2 = n_0 + n_2 = n_2 + 1 + n_2 = 699$,进而算出$n_2 = 349$,$n_0 = 350$ [^2]。 - **特定结构的完全二叉树结点计算(以层数为例)**:如果完全二叉树有7层,则前6层是满二叉树,前六层总节点数目为$32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 63$。若第六层有8个叶子节点,则有$32 - 8 = 24$个非叶子节点,第七层最多有$24×2$个叶子节点,总节点数目为$63 + 24×2 = 111$ [^3]。 ### 代码示例 以下是计算二叉树中二分结点(度为2的结点)个数的递归代码: ```python class BiTree: def __init__(self, lchild=None, rchild=None): self.lchild = lchild self.rchild = rchild def DsonNode(T): # 递归方法 if T is None: return 0 elif T.lchild is not None and T.rchild is not None: # 若左右子都存在则返回左子树的数目+右子树数目+该结点本身也是二分结点 return DsonNode(T.lchild) + DsonNode(T.rchild) + 1 else: # 若单分结点则不加该结点本身 return DsonNode(T.lchild) + DsonNode(T.rchild) ```
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