二叉线索树

本文介绍了一种二叉树的中序线索化方法,包括如何通过递归实现二叉树的中序线索化,并介绍了如何遍历线索化后的二叉树。此外,还提供了一个带头结点的中序线索化实现。
package trees;
//线索二叉树
public class BiThrTree {
	static final class ThrNode{
		Integer data;
		ThrNode left;	//左孩子
		ThrNode right;	//右孩子
		int LTag;	//标记 1表示左孩子为前驱
		int RTag;	//标记 1表示右孩子为后继
		ThrNode(Integer data){
			this.data = data;
			LTag = 0;
			RTag = 0;
		}
		ThrNode(){
			this(null);
		}
		public String toString(){
			return data+"";
		}
	}
	ThrNode root;	//根结点
	ThrNode Thrt;	//头结点
	ThrNode pre=null;//用来记录前一个访问的结点
	//以结点p为根结点的子树中序线索化
	public void inThreading(ThrNode p){
		if(p!=null){
			inThreading(p.left);	//递归线索化左子树
			
			if(p.left==null){	//设置结点的前驱线索,p的前驱为pre
				p.LTag = 1;
				p.left = pre;
			}
			else{			//如果p有左孩子
				p.LTag = 0;
			}
			
			if(pre != null){	//设置pre结点的后继线索,pre的后继为p
				if( pre.right == null){
					pre.RTag = 1;
					pre.right = p;	//pre的后继设为p
				}
				else{
					pre.RTag = 0;
				}
			}
			pre = p;	//将p设置为前一个访问的结点
			inThreading(p.right);	//线索化p的右子树
		}
	}
	
	/*
	 * ???
	 * 给二叉树设置一个头结点,然后将第一个结点的前驱设置为头结点,头结点的后继设置为最后一个结点
	 * 最后一个结点的后继设置为头结点,就既可以实现从第一个结点顺后继,也可以从最后一个结点顺前驱遍历
	 */
	//带头结点的二叉树中序线索化
	public void inOrderThreading(){
		Thrt = new ThrNode();	//构造头结点
		Thrt.LTag = 0;			//头结点左孩子为树根(树非空)
		Thrt.RTag = 1;			//头结点右孩子为线索
		Thrt.right = Thrt;		//初始化时右线索指向自己,
		if(root == null){
			Thrt.left = root;	//树为空时左孩子也指向自己
		}
		else{
			Thrt.left = root;	//左孩子指向树根
			pre = Thrt;			//pre指向头结点
			inThreading(root);	//将树线索化
			Thrt.right = pre;	//此时pre指向最后一个访问的结点,将头结点的右孩子指向最后一个结点
			pre.right = Thrt;	//将最后一个结点的右孩子指向头结点
			pre.RTag = 1;		//
		}
	}
	
	/*
	 * 遍历中序线索二叉树
	 * 对于一个结点p,如果p.RTag=1,则其后继为p.right,
	 * 如果p.RTag=0,那么由中序遍历的规律可以知道它的后继为其右子树的最左下的结点。
	 * 对于二叉线索树,它的所有叶子结点的左右孩子都是指向其前驱和后继的,不会有为空的情况
	 */
	void inOrderTraverse(ThrNode thrt){
		if(thrt != null){	//头结点不为空
			ThrNode p = thrt.left;	//指向树根
			while(p != thrt){	//树不为空,或者遍历结束
				while(p.left!=null)	 p = p.left;	//找到以p为根时第一个访问的结点,即最左下的结点
				System.out.print(p);	
				//一直找后继结点并输出
				while(p.RTag==1 && p.right != thrt){
					p = p.right;System.out.print(p);
				}
				//如果没有后继,那么它的后继是右子树的最左下结点,即把p的右子树当做一颗树继续遍历
				p = p.right;
			}
		}
	}
}

 

### 二叉线索树的数据结构定义 二叉线索树是一种对二叉树进行改进和优化的结构,它巧妙地利用了二叉树中那些原本为空的指针,使得二叉树在遍历等操作上能够更加高效[^1]。具体来说,二叉线索树通过将空指针指向某种特定的节点(如前驱或后继节点),减少了在遍历过程中频繁递归调用的需求。 在二叉树中,每个节点通常有两个指针分别指向其左子树和子树。如果某个节点没有左子树或子树,则对应的指针为空。二叉线索树通过这些空指针来存储额外的信息: - **前驱线索**:若节点的左子树为空,则将其左指针指向该节点的前驱节点。 - **后继线索**:若节点的子树为空,则将其指针指向该节点的后继节点。 这种设计可以显著提高遍历效率,尤其是在需要频繁遍历树的情况下。 --- ### 二叉线索树的实现 以下是一个简单的 C++ 实现示例,展示如何构造一个中序线索化的二叉树: ```cpp #include <iostream> using namespace std; struct Node { int data; Node* left, *right; bool lthread, rthread; // 是否为线索标志 }; // 创建新节点 Node* newNode(int data) { Node* node = new Node(); node->data = data; node->left = node->right = nullptr; node->lthread = node->rthread = false; return node; } // 中序线索化函数 void inorderThread(Node*& root, Node*& prev) { if (root == nullptr) return; inorderThread(root->left, prev); if (root->left == nullptr) { root->lthread = true; root->left = prev; } if (prev != nullptr && prev->right == nullptr) { prev->rthread = true; prev->right = root; } prev = root; inorderThread(root->right, prev); } // 构造中序线索树 void createInorderThreadedTree(Node* root) { Node* prev = nullptr; inorderThread(root, prev); } // 遍历中序线索树 void inorderTraversal(Node* root) { Node* current = root; while (current != nullptr) { while (current->lthread == false) current = current->left; cout << current->data << " "; while (current->rthread == true && current->right != nullptr) { current = current->right; cout << current->data << " "; } current = current->right; } } int main() { Node* root = newNode(10); root->left = newNode(6); root->right = newNode(14); root->left->left = newNode(4); root->left->right = newNode(8); root->right->left = newNode(12); root->right->right = newNode(16); createInorderThreadedTree(root); cout << "Inorder Traversal of Threaded Tree: "; inorderTraversal(root); return 0; } ``` 上述代码展示了如何构造一个中序线索化的二叉树,并提供了一个中序遍历的实现方法。通过使用 `lthread` 和 `rthread` 标志位,程序能够区分普通指针和线索指针,从而避免递归调用带来的栈开销。 --- ### 二叉线索树的应用 二叉线索树的主要应用场景包括但不限于以下几点: 1. **高效的树遍历**:由于二叉线索树通过线索指针直接访问前驱和后继节点,因此可以显著减少遍历时的递归调用次数,降低栈空间的消耗。 2. **内存受限环境**:在某些嵌入式系统或内存受限环境中,递归调用可能导致栈溢出问题。而二叉线索树可以通过迭代方式完成遍历,节省内存资源。 3. **实时系统**:对于需要快速响应的实时系统,二叉线索树可以提供更稳定的性能表现,因为它避免了递归可能引发的时间不可预测性。 尽管二叉线索树有许多优点,但在实际应用中需要注意以下问题: - 线索化的维护成本较高,尤其是当树结构频繁变化时,需要重新调整线索指针。 - 线索树的空间复杂度略高于普通二叉树,因为每个节点需要额外的布尔标志位来标记是否为线索。 ---
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