将二叉搜索树转换成一个排序的双向链表

本文介绍了一种将二叉查找树转换为排序双向链表的方法。通过对二叉树进行中序遍历,并利用递归技术重新连接节点指针,实现了树到链表的有效转换。此过程不仅保留了元素的排序特性,还使得数据结构更适合于线性操作。

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二叉查找树(Binary Search Tree),也称有序二叉树(ordered binary tree),排序二叉树(sorted binary tree),是指一棵空树或者具有下列性质的二叉树:
1. 若任意节点的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值;
2. 若任意节点的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值;
3. 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树。
4. 没有键值相等的节点(no duplicate nodes)。

而我们可以利用二叉搜索树的特点,来进行转换,如下图



根据二叉搜索树的特点,如果中序遍历这棵树,那么我们可以拿到一个有序的遍历序列,如果能在遍历期间,将这些被遍历的结点的指针进行重置,使其变成右前后指向关系,那刚好可以满足题目的要求。可是,具体如何做呢,接下来就进一步分析。

中序遍历时,将整棵树分为三部分,先访问左子树,在访问根结点,最后访问右子树,递归访问子树。同样的,我们可以将搜索树分为三部分,把左子树和右子树都转换成排序的双向链表之后,将左子树的最右结点(最大值)和根结点链接起来,将右子树的最左结点(最小值)和根结点链接起来,那么整棵树可以说基本已经调整好了。



具体实现:定义一个尾指针tail,用来标识当前链表的尾结点。将结点的_left看作是prev,_right看作是next,最后对头节点和尾结点进行处理。

最开始先找到链表的头节点,也就是树的最左结点,对头节点的指针指向进行修改,让tail指向当前结点,递归实现即可。

#pragma once

template<class K, class V>
struct BinaryTreeNode
{
	K _key;
	V _value;
	BinaryTreeNode<K, V>* _left;
	BinaryTreeNode<K, V>* _right;

	BinaryTreeNode(const K& key, const V& value)
		: _key(key)
		, _value(value)
		, _left(NULL)
		, _right(NULL)
	{}
};

template<class K, class V>
class BinarySearchTree
{
	typedef BinaryTreeNode<K, V> Node;
public:

	BinarySearchTree()
		: _root(NULL)
	{}

	bool Insert(const K& key, const V& value)
	{
		if (_root == NULL)
		{
			_root = new Node(key, value);
			return true;
		}

		Node* parent = NULL;
		Node* cur = _root;

		while (cur)
		{
			if (cur->_key < key)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (cur->_key > key)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return false;//插入的数树中已经存在
			}
		}

		//判断插入点为父亲的左孩子还是右孩子
		if (parent->_key > key)
		{
			parent->_left = new Node(key, value);
		}
		else
		{
			parent->_right = new Node(key, value);
		}

		return true;
	}
	
	void Convert()
	{
		Node* tail = NULL;//指向双向链表的尾结点

		ConvertNode(_root, &tail);

		Node* head = tail;   //通过tail找到头结点
		while (head != NULL && head->_left != NULL)
		{
			head = head->_left;
		}

		_root =  head;
	}

	void ConvertNode(Node* _root, Node** tail)
	{
		if (_root == NULL)
			return;

		Node* cur = _root;

		if (cur->_left != NULL)  //第一次找到的肯定是最左结点
			ConvertNode(cur->_left, tail);

		cur->_left = *tail;
		if (*tail != NULL)  
			(*tail)->_right = cur;

		*tail = cur;
		if (cur->_right != NULL)
			ConvertNode(cur->_right, tail);
	}

protected:
	Node* _root;
};

void TestBinareySearchTree()
{
	BinarySearchTree<int, int> b;
	b.Insert(4, 3);
	b.Insert(2, 4);
	b.Insert(3, 3);
	b.Insert(1, 8);
	b.Insert(6, 9);
	b.Insert(5, 0);
	b.Insert(7, 0);

	b.Convert();
}

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