实验五:树和二叉树实验

该实验旨在巩固树和二叉树的概念,特别是二叉树的遍历。通过设计并实现一个深度至少为4的二叉树,利用递归算法进行前序、中序、后序遍历,并展示程序实现过程。

《数据结构》实验五:树和二叉树实验

一..实验目的

巩固树和二叉树的相关知识,特别是二叉树的相关内容。学会运用灵活应用。

1.回树和二叉树的逻辑结构和存储方法,清楚掌握树和二叉树的遍历操作。

2.学习树的相关知识来解决实际问题。

3.进一步巩固程序调试方法。

4.进一步巩固模板程序设计。

二 、实验内容

1.自己设计一个二叉树,深度最少为4,请递归算法分别用前序、中序、后序遍历输出树结点。

源程序:

#include<iostream.h>

struct BiNode
{
char data;
BiNode *lchild,*rchild;
};

class BiTree
{
public:
BiTree(){root=Creat(root);}
~BiTree(){Release(root);}
void PreOrder(){PreOrder(root);}
void InOrder(){InOrder(root);}
void PostOrder(){PostOrder(root);}
private:
BiNode *root;
BiNode *Creat(BiNode *bt);
void Release(BiNode *bt);
void PreOrder(BiNode *bt);
void InOrder(BiNode *bt);
        void PostOrder(BiNode *bt);
};

BiNode *BiTree::Creat(BiNode *bt)
{
char ch;
cin>>ch;
if(ch=='#')return NULL;
else
{
bt=new BiNode;
bt->data=ch;
bt->lchild=Creat(bt->lchild);
bt->rchild=Creat(bt->rchild);
}
    return bt;
}

void BiTree::Release(BiNode *bt)
{
if(bt!=NULL)
{
Release(bt->lchild);
Release(bt->rchild);
        delete bt;
    }
}

void BiTree::PreOrder(BiNode *bt)
{
if(bt==NULL) return;
    else
    {
cout<<bt->data<<" ";
PreOrder(bt->lchild);
PreOrder(bt->rchild);
}
}

void BiTree::InOrder(BiNode *bt)
{
if(bt==NULL) return;
    else
    {
InOrder(bt->lchild);
cout<<bt->data<<" ";
InOrder(bt->rchild);
}
}

void BiTree::PostOrder(BiNode *bt)
{
if(bt==NULL) return;
    else
    {
PostOrder(bt->lchild);
PostOrder(bt->rchild);
        cout<<bt->data<<" ";
    }
}

int main()
{
cout<<"请输入创建一棵二叉树的结点数据"<<endl;
BiTree T;
cout<<"-----前序遍历-----"<<endl;
T.PreOrder();
cout<<endl;
cout<<"-----中序遍历-----"<<endl;
T.InOrder();
    cout<<endl;
cout<<"-----后序遍历-----"<<endl;
T.PostOrder();
cout<<endl;
return 0;
}

### 树和二叉树的基本概念 树是一种非线性数据结构,它由若干节点(或称为顶点)组成,这些节点通过边连接。树具有层次结构,其中每个节点最多有一个父节点,但可以有多个子节点[^1]。树的根节点是没有父节点的特殊节点。 #### 树的基本概念 - **节点**:树中的基本单元。 - **边**:连接两个节点的线段。 - **根节点**:树中没有父节点的唯一节点。 - **叶子节点**:没有子节点的节点。 - **度**:一个节点的子节点数量。 - **深度**:从根节点到某节点的最长路径上的边数。 - **高度**:从某节点到叶子节点的最长路径上的边数。 #### 二叉树的定义 二叉树是树的一种特殊形式,其中每个节点最多有两个子节点,通常称为左子节点和右子节点。二叉树可以分为以下几种类型: - **满二叉树**:除最后一层外,每一层上的所有节点都有两个子节点。 - **完全二叉树**:除最后一层外,每一层上的所有节点都有两个子节点,并且最后一层的节点都集中在该层最左边[^1]。 ### 二叉树的性质 1. 在一棵二叉树中,第 \(i\) 层上最多有 \(2^{i-1}\) 个节点。 2. 深度为 \(k\) 的二叉树最多有 \(2^k - 1\) 个节点。 3. 对于任何一棵二叉树,如果叶子节点的数量为 \(n_0\),度为 2 的节点数量为 \(n_2\),则 \(n_0 = n_2 + 1\)。 ### 二叉树遍历方法 二叉树遍历是指按照某种顺序访问树中的所有节点。常见的遍历方法包括: - **前序遍历**:访问根节点,然后递归遍历左子树和右子树[^2]。 - **中序遍历**:递归遍历左子树,访问根节点,再递归遍历右子树。 - **后序遍历**:递归遍历左子树和右子树,最后访问根节点。 - **层序遍历**:按照从上到下、从左到右的顺序逐层访问节点。 ### 实验内容 根据引用内容,以下是关于树和二叉树实验的主要任务: 1. **建立二叉链表**:通过输入先序序列构建二叉树的链式存储结构[^3]。 2. **递归遍历**:实现二叉树前序、中序和后序遍历。 3. **非递归遍历**:实现二叉树的非递归中序遍历4. **层次遍历**:实现二叉树的层序遍历。 5. **计算二叉树的高度**:编写算法计算二叉树的高度。 6. **统计结点数和叶子数**:实现统计二叉树中总节点数和叶子节点数的功能。 7. **交换左右子树**:编写算法二叉树中每个节点的左右子树进行交换。 8. **先序线索化**:实现二叉树的先序线索化,并查找指定节点的先序前驱和后继节点[^4]。 ### 示例代码 以下是一个简单的 Python 实现,用于创建二叉树并进行中序遍历: ```python class TreeNode: def __init__(self, value): self.value = value self.left = None self.right = None def build_tree(preorder, inorder): if not preorder or not inorder: return None root_value = preorder[0] root = TreeNode(root_value) separator_idx = inorder.index(root_value) root.left = build_tree(preorder[1:separator_idx + 1], inorder[:separator_idx]) root.right = build_tree(preorder[separator_idx + 1:], inorder[separator_idx + 1:]) return root def inorder_traversal(root): if root is None: return [] return inorder_traversal(root.left) + [root.value] + inorder_traversal(root.right) # 示例输入 preorder = ['A', 'B', 'D', 'E', 'C', 'F'] inorder = ['D', 'B', 'E', 'A', 'C', 'F'] root = build_tree(preorder, inorder) print("中序遍历结果:", inorder_traversal(root)) ```
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