二叉树,B树之类持续更新

二叉树

二叉树嘛… 就是每个结点最多有两个子树,二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒。二叉树的第i层至多有2^(i-1)个结点;深度为k的二叉树至多有2^k-1个结点;对任何一棵二叉树T,度为0的点数=度为2的点数+1,即n_0 = n_2+1。
一棵深度为k,且有2^k-1个节点称之为满二叉树;深度为k,有n个节点的二叉树,当且仅当其每一个节点都与深度为k的满二叉树中,序号为1至n的节点对应时,称之为完全二叉树。
二叉树

全文图片为百度图片中挑选,侵删。

Huffman Tree又称最优二叉树,是一种带权值路径长度最小的树。信源编码中的Huffman code即由此得出。
所谓树的带权路径长度,就是树中所有的叶子结点的权值到根结点的路径长度。树的带权路径长度记为WPL=(W1*L1+W2*L2+W3*L3…..+Wn*Ln)
Huffman编码是一种无前缀编码,解码时不会混淆。二叉树的查找效率与树的高度有关。
这里写图片描述

二叉搜索树

B树即二叉搜索树:
1.所有非叶子结点至多拥有两个儿子
2.所有结点存储一个关键字
3.非叶子结点的左指针指向小于其关键字的子树,右指针指向大于其关键字的子树

在搜索x时,将x与根结点比较:
1.如果x等于根节点,那么找到x,停止搜索
2.如果x小于根节点,那么搜索左子树
3.如果x大于根节点,那么搜索右子树

B树在平衡的条件下,查找性能逼近二分查找,而且插入和删除结点时,不需要移动大量的内存数据,一般是常数开销。实际使用的B树都是在原B树的基础上加上平衡算法,即“平衡二叉树”;如何保持B树结点分布均匀的平衡算法是平衡二叉树的关键;平衡算法是一种在B树中插入和删除结点的策略;

B-树

B-树,是一种多路搜索树,M为树的阶数。
B-树或为空树,否则满足下列条件:
(1)根结点或者为叶子,或者至少有两棵子树,至多有m棵子树。
(2)除根结点外,所有非终端结点至少有ceil(m/2)棵子树,至多有m棵子树。
(3)所有叶子结点都在树的同一层上。
(4)每个结点的结构为:
(n,A0,K1,A1,K2,A2,… ,Kn,An)
其中,Ki(1≤i≤n)为关键字,且Ki<Ki+1(1≤i≤n-1)
Ai(0≤i≤n)为指向子树根结点的指针。且Ai所指子树所有结点中的关键字均小于Ki+1。An所指子树中所有结点的关键字均大于Kn。
n为结点中关键字的个数,满足ceil(m/2)-1≤n≤m-1。
比如,一棵3阶B-树,m=3。它满足:
(1)每个结点的孩子个数小于等于3。
(2)除根结点外,其他结点至少有=2个孩子。
(3)根结点有两个孩子结点。
(4)除根结点外的所有结点的n大于等于=1,小于等于2。
(5)所有叶结点都在同一层上。

1.定义任意非叶子结点最多只有M个儿子;且M>2;
2.根结点的儿子数为[2, M];
3.除根结点以外的非叶子结点的儿子数为[M/2, M];
4.每个结点存放至少M/2-1(取上整)和至多M-1个关键字;(至少2个关键字,根节点至少一个关键字);
5.非叶子结点的关键字个数=指向儿子的指针个数-1;
6.非叶子结点的关键字:K[1], K[2], …, K[m-1],m

### 回答1: 以下是使用Python构造哈夫曼的示例代码: ```python import heapq from collections import defaultdict class Node: def __init__(self, freq, char=None): self.freq = freq self.char = char self.left = None self.right = None def __lt__(self, other): return self.freq < other.freq def build_huffman_tree(text): # 统计字符出现频率 freq_dict = defaultdict(int) for char in text: freq_dict[char] += 1 # 构造叶子节点 nodes = [Node(freq, char) for char, freq in freq_dict.items()] # 构造哈夫曼 heapq.heapify(nodes) while len(nodes) > 1: left = heapq.heappop(nodes) right = heapq.heappop(nodes) parent = Node(left.freq + right.freq) parent.left, parent.right = left, right heapq.heappush(nodes, parent) return nodes[0] # 示例代码 text = "hello world" root = build_huffman_tree(text) def traverse(node, code=''): if node.char: print(f"{node.char}: {code}") else: traverse(node.left, code + '0') traverse(node.right, code + '1') traverse(root) ``` 该代码通过统计字符串中每个字符出现的频率,然后以频率为权值构造哈夫曼。最后通过遍历哈夫曼,输出每个字符对应的编码。 ### 回答2: 哈夫曼是一种用于数据压缩的结构。在构造哈夫曼的过程中,首先需要统计输入数据中每个字符的频率。然后,根据字符频率构建叶子节点,并将它们放入一个存储节点的优先队列中。优先队列中的节点按照频率从小到大进行排序。 接下来,我们需要不断从优先队列中选取频率最小的两个节点合并成一颗新的二叉树,并且将这颗新生成的二叉树重新放回优先队列中。这个过程会一直持续到只剩下一个节点为止。最后这个节点就是哈夫曼的根节点。 构造哈夫曼的具体实现步骤如下: 1. 统计输入数据中每个字符的频率。 2. 创建一个空的优先队列。 3. 对于每个字符频率大于0的字符,将其创建为一个叶子节点,并将节点放入优先队列中。 4. 当优先队列中的节点数量大于1时,执行以下步骤: a. 从优先队列中选择两个频率最小的节点,将它们合并为一颗新的二叉树。 b. 将新生成的二叉树放入优先队列中。 5. 重复步骤4,直到只剩下一个节点。 6. 最后剩下的节点即为哈夫曼的根节点。 以上就是构造哈夫曼的基本过程。在Python中,可以使用优先队列的数据结构进行实现,例如使用heapq模块中的heapq库来构建优先队列。同时,可以使用Node类来表示的节点,通过递归或迭代的方式构建哈夫曼的结构。 通过以上的步骤和相应的实现,就能够构造出哈夫曼并进行数据压缩了。 ### 回答3: 哈夫曼是一种用于数据压缩和编码的二叉树结构。下面是使用Python构造哈夫曼的方法: 首先,需要明确构造哈夫曼的目标是为了实现数据的高效压缩。哈夫曼的构造过程包括两个主要步骤:权值排序和的构建。 在权值排序的步骤中,首先统计每个字符或数据出现的频率,并将其存储在一个频率表中。然后根据频率表中的元素进行排序,按照从小到大的顺序排列。最后,将排序后的频率表构建成一个优先队列。 在的构建过程中,首先从优先队列中选取两个权值最小的节点,将它们作为左右子节点构建一个新的中间节点。该中间节点的权值为左右子节点的权值之和。然后将该中间节点重新插入到优先队列中,保持队列的有序性。重复以上步骤,直到优先队列中只剩下一个节点,即为构造完成的哈夫曼的根节点。 下面是用Python编写的哈夫曼构造代码示例: ```python import heapq class Node: def __init__(self, freq, character=None): self.freq = freq self.character = character self.left = None self.right = None def build_huffman_tree(frequencies): priority_queue = [] for character, freq in frequencies.items(): node = Node(freq, character) heapq.heappush(priority_queue, (freq, node)) while len(priority_queue) > 1: freq1, node1 = heapq.heappop(priority_queue) freq2, node2 = heapq.heappop(priority_queue) merged_freq = freq1 + freq2 merged_node = Node(merged_freq) merged_node.left = node1 merged_node.right = node2 heapq.heappush(priority_queue, (merged_freq, merged_node)) _, huffman_tree = heapq.heappop(priority_queue) return huffman_tree # 示例用法 frequencies = {'A': 5, 'B': 10, 'C': 15, 'D': 20, 'E': 25, 'F': 30} huffman_tree = build_huffman_tree(frequencies) ``` 以上代码首先定义了一个节点类(Node),用于表示哈夫曼的节点。然后实现了一个build_huffman_tree函数,其中使用了优先队列库(heapq)来构建哈夫曼。最后示例部分给出了一个频率表,可以根据实际需要进行修改。通过调用build_huffman_tree函数即可得到构造好的哈夫曼的根节点。
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