寻找二叉排序树的第k小元素

本文介绍了一种在二叉搜索树中查找第k小元素的算法。通过递归遍历,利用节点的计数属性,文章详细解释了如何在不同情况下定位目标元素。当左子树为空或非空时,根据k值和节点计数,确定元素位置。

设根结点为*t,有以下几种情况:
1、t->lchild为空时:

  • 若t->rchild非空且k==1,则*t即为第k小元素,查找成功。
  • 若t->rchild非空且k!=1,则第k小元素必在*t的右子树中。

2、t->lchild非空时:

  • t->lchild->count==k-1,*t即为第k小的元素。
  • t->lchild->count>k-1,第k小的元素必在*t的左子树,继续到*t的左子树中查找。
  • t->lchild->count<k-1,第k小的元素必在右子树,继续搜索右子树,寻找第k-(t->lchild->count+1)小的元素。 
typedef struct BSTNode{
	struct BSTNode *lchild,rchild;
	int data,count;
}*BSTree;

BSTNode *Search_Small(BSTree t,int k){
	if(k<1||k>t->count) return NULL;
	if(t->lchild==NULL){
		if(k==1) return t;
		else return Search_Small(t->rchild,k-1);
	}
	else{
		if(t->lchild->count==k-1) return t;
		if(t->lchild->count>k-1) return Search_Small(t->lchild,k);
		if(t->lchild->count<k-1) return Search_Small(t->rchild,k-(t->lchild->count+1));
	}
}

 

在C语言中,对于排序树(例如二叉搜索树、平衡查找树等)中寻找第k小的节点,可以采用递归的方式实现赫尔曼·霍恩(Hernan Hoen)的算法,也称为“前向遍历+最小堆”方法。这个算法分为两个步骤: 1. **创建最小堆**:先将树中的前k个节点放入一个大小为k的小顶堆(最小元素位于堆顶)。 2. **调整堆**:然后对剩余的树节点进行递归遍历,如果当前节点的值小于堆顶的值,就将堆顶元素弹出并替换为当前节点,这样堆始终保持前k小的特性。 当遍历完所有节点后,堆顶的节点就是第k小的节点。 以下是简单的C语言实现示例: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> struct Node { int val; struct Node* left; struct Node* right; }; // 创建新节点 struct Node* newNode(int data) { struct Node* node = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node)); node->val = data; node->left = node->right = NULL; return node; } // 插入操作保持堆性质 void insertHeapify(struct Node** root, int k) { if (k > 1 && (*root)->val < (*root)->children[0]->val) swap(&(*root), &(*root)->children[0]); if (k > (*root)->children[1]) { insertHeapify(&(*root)->children[0], k / 2); if (k % 2 == 0) insertHeapify(&(*root)->children[1], (k + 1) / 2); } } // 寻找第k小的节点 struct Node* findKthSmallest(struct Node* root, int k) { if (!root) return NULL; // 将根节点插入堆 insertHeapify(&root, k); // 遍历剩余节点,将小于堆顶的节点替换 for (int i = 2; i < k; ++i) { if (root->children[i - 1]->val < root->val) { swap(&root, &root->children[i - 1]); insertHeapify(root->children, i); } } return root; } // ...其他辅助函数如交换、比较等... int main() { // 假设已经有一个二叉搜索树 // ... struct Node* root = ...; int k; scanf("%d", &k); struct Node* kthNode = findKthSmallest(root, k); if (kthNode) printf("The kth smallest element is: %d\n", kthNode->val); else printf("There are less than k elements in the tree.\n"); return 0; } ```
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