是否完全二叉搜索树 (30 分)

本文探讨如何使用C++实现二叉搜索树的构建,包括插入操作及判断是否为完全二叉树的方法。通过示例演示了层序遍历结果的输出和完全二叉树的判断。

将一系列给定数字顺序插入一个初始为空的二叉搜索树(定义为左子树键值大,右子树键值小),你需要判断最后的树是否一棵完全二叉树,并且给出其层序遍历的结果。
输入格式:

输入第一行给出一个不超过20的正整数N;第二行给出N个互不相同的正整数,其间以空格分隔。
输出格式:

将输入的N个正整数顺序插入一个初始为空的二叉搜索树。在第一行中输出结果树的层序遍历结果,数字间以1个空格分隔,行的首尾不得有多余空格。第二行输出YES,如果该树是完全二叉树;否则输出NO
输入样例1:

9
38 45 42 24 58 30 67 12 51

输出样例1:

38 45 24 58 42 30 12 67 51
YES

输入样例2:

8
38 24 12 45 58 67 42 51

输出样例2:

38 45 24 58 42 12 67 51
NO

思路:

用level数组去存这棵树,建二叉搜索树都从树根(编号为0)开始去寻找它该插入的位置,建树完成后遍历树,若从0到n-1之间有为-1的结点(空节点),说明不是完全二叉树

AC代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
vector<int> level(100010, -1);
int n, t, flag, st, cnt;
void build(int val, int root){
    if(val > level[root]){
        if(level[2 * root + 1] != -1)   build(val, 2 * root + 1);
        else    level[2 * root + 1] = val;
    }  
    else   if(val < level[root]){
        if(level[2 * root + 2] != -1)   build(val, 2 * root + 2);
        else    level[2 * root + 2] = val;
    }
}
int main(){
    cin >> n >> t, level[0] = t;
    for(int i = 1;i < n;i++)    cin >> t, build(t, 0);
    for(int i = 0;i < 100010;i++){
        if(level[i] != -1){
            if(flag++)  cout << " ";
            cout << level[i];
            cnt++;
        }else{
            if(cnt < n) st = 1;
        }
    }
    if(st)  cout << endl << "NO";
    else    cout << endl << "YES";
}

### 判断完全二叉搜索树的函数完全二叉搜索树(Complete Binary Search Tree, CBST)不仅需要满足二叉搜索树(BST)的性质,还需要满足完全二叉树(Complete Binary Tree, CBT)的结构要求。以下是判断一棵树是否完全二叉搜索树的方法: 1. **验证二叉搜索树的性质**: 首先需要确保这棵树是一棵合法的二叉搜索树。可以通过中序遍历检查节点值是否递增[^4],或者使用递归方法验证每个节点的左右子树是否满足 BST 的定义[^3]。 2. **验证完全二叉树的性质**: 完全二叉树是指除了最后一层外,其余层的节点都必须填满,并且最后一层的节点必须从左到右连续排列。可以通过层次遍历(BFS)来验证这一点。如果在层次遍历过程中遇到空节点后又出现了非空节点,则该树不是完全二叉树[^5]。 以下是实现判断完全二叉搜索树的代码示例: ```python from collections import deque class TreeNode: def __init__(self, data): self.data = data self.left = None self.right = None def is_bst(root, min_val=float('-inf'), max_val=float('inf')): if root is None: return True if not (min_val < root.data < max_val): return False return is_bst(root.left, min_val, root.data) and is_bst(root.right, root.data, max_val) def is_complete_tree(root): if root is None: return True queue = deque([root]) encountered_null = False while queue: node = queue.popleft() if node is None: encountered_null = True else: if encountered_null: return False queue.append(node.left) queue.append(node.right) return True def is_complete_binary_search_tree(root): return is_bst(root) and is_complete_tree(root) # 测试用例 root = TreeNode(10) root.left = TreeNode(5) root.right = TreeNode(15) root.left.left = TreeNode(3) root.left.right = TreeNode(7) root.right.left = TreeNode(12) root.right.right = TreeNode(18) result = is_complete_binary_search_tree(root) print("Is the tree a complete binary search tree?", result) ``` ### 代码解析 - **`is_bst` 函数**:通过递归验证二叉搜索树的性质。每个节点的值必须在其允许范围内(`min_val` 和 `max_val`),并且递归地检查左右子树。 - **`is_complete_tree` 函数**:通过层次遍历验证完全二叉树的性质。一旦遇到空节点,后续的所有节点都必须为空。 - **`is_complete_binary_search_tree` 函数**:结合上述两个函数,同时验证 BST 和 CBT 的性质。 ### 注意事项 - 如果只需要验证二叉搜索树的性质,可以单独调用 `is_bst` 函数[^4]。 - 如果只需要验证完全二叉树的性质,可以单独调用 `is_complete_tree` 函数[^5]。
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