《算法导论》学习笔记(3)——二叉搜索树

本文详细介绍了二叉搜索树的基本概念及其核心操作,包括查找、最大最小关键字元素获取、后继与前驱、插入与删除等,并提供了实现代码。

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          二叉搜索树是以一棵二叉树来组织的。在二叉树的基础上,增加了一些限制:

对于任何结点x,其左子树的任何结点都不大于x.key,右子树的任何结点都不小于x.key。


二叉树与二叉堆:

         二者都是基于二叉树来构建的数据结构,但是二者的区别在于:

二叉堆(最大堆)的每个结点的值都大于等于其两个儿子的值,二叉查找树的父亲是小于等于其右孩子的。如下图:


基本操作:

(一)查找:Tree_search

输入参数:指向根结点的指针和要查找的关键字

返回值:如果存在该关键字,则返回关键字所在的结点。否则返回空

         该过程从根结点开始查找,并沿着该树的一条路径向下进行。由于二叉搜索树要求每个结点是有序的,所以该过程十分类似二叉检索。

 

(二)最大最小关键字元素Tree_maximum、Tree_minimum

输入参数:二叉搜索树中的某一结点

返回值:以该指针为根的子树中的最大或最小结点

         该过程也是利用了二叉搜索树的性质,可以快速地定位最大最小值。

 

(三)后继和前驱Tree_successor、Tree_predecessor

输入参数:二叉搜索树中的某一结点

返回值:该结点的前驱结点和后继结点

         后继指比该元素大的下一个元素。如果是右子树非空,就返回右子树中的最左结点。否则就是该结点所有有左孩子的祖先结点中的最底层祖先。

         前驱指比该元素小的下一个元素,其原理跟后继一样。

 

(四)插入Tree_insert

输入参数:要插入的结点、根结点

返回值:空

         根据二叉搜索树的性质,找到该结点应放置的位置。可从根结点依次向下遍历,直到找到该元素适合的位置。

                                    

(五)删除Tree_delete

输入参数:要删除的结点、根结点

返回值:空

         删除的结点需要分一下三种情况考虑:

①左子树、右子树都没有,即叶子结点:直接删除

②左子树、右子树二者有其一:将其子树直接连接在其父结点上

③左子树、右子树二者都有:首先删除其后继,并让后继的父结点成为后继的右子树的父结点,再将后继的值代替要删除结点的值


实现代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;

struct Node
{
	int key;
	Node* right; //右孩子
	Node* left; //左孩子
	Node* parent; //父节点
};


Node tree_search( Node* x, int k )
{
	if( x == NULL || k == x->key )
		return x;
	if( k < x->key )
		return tree_search(x->left,k);
	else
		return tree_search(x->right,k);
}

Node tree_maximum( Node* x )
{
	if( x->left == NULL )
		return x;
	else
		return tree_maximum( x->left );
}

Node tree_minimum( Node* x )
{
	if( x->right == NULL )
		return x;
	else
		return tree_maximum( x->right );
}

Node tree_successor( Node* x )
{
	if( x->right != NULL )
		return tree_minimum(x->right);
	Node* y = x->parent;
	while( y!=NULL && x==y->right )
	{
		x = y;
		y = y->parent;
	}
	return y;
}

void tree_insert( Node* z, Node* root )
{
	Node* x = root;
	Node* y = NULL;
	while( x != NULL )
	{
		y = x;
		if( z->key < x->key )
			x = x->left;
		else
			x = x->right;
	}
	z->parent = y;
	if( y == NULL )
		root = z;
	else if( z->key < y->key )
		y->left = z;
	else
		y->right = z;
}

void Tree_delete( Node *z, Node* root )
{
	Node* x,* y;
	//若z最多只有一个孩子,就直接删除z
	if( z->left == NULL && z->right == NULL )
		y = z;
	else
		y = tree_successor( z );
	//x表示实际要删除的结点的孩子
	if( y->left != NULL )
		x = y->left;
	else
		x = y->right;
	//修改指针,删去结点
	if( x != NULL )
		x->parent = y->parent;
	//实际要删除的结点是根结点
	if( y->parent == NULL )
		root = x;
	else if( y == y->parent->left )
		y->parent->left = x;
	else
		y->parent->right = x;

	if( y != z )
	{
		z->key = y->key;
	}
}



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