【数据结构】二叉树的概念及结构

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【数据结构】二叉树的概念及结构

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【数据结构】二叉树的概念及结构

前言

一.树概念及结构

1.树的概念:

树是一种非线性的数据结构,它是由n(n>=0)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做树是因为它看起来像一棵倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。

特点:

  • 有一个特殊的结点,称为根结点根节点没有前驱结点
  • 除根节点外,其余结点被分成M(M>0)个互不相交的集合T1、T2、……、Tm,其中每一个集合Ti(1<= i <= m)又是一棵结构与树类似的子树。每棵子树的根结点有且只有一个前驱,可以有0个或多个后继
  • 树是递归定义的。
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注意
  树形结构中,子树之间不能有交集否则就不是树形结构。每个节点只有一个父结点,对于N个节点都有N-1条边与之对应,
【数据结构】二叉树的概念及结构

2 树的相关概念

【数据结构】二叉树的概念及结构

  • 节点的度:一个节点含有的子树的个数称为该节点的度; 如上图:A的为6
  • 叶节点或终端节点:度为0的节点称为叶节点; 如上图:B、C、H、I…等节点为叶节点
  • 非终端节点或分支节点:度不为0的节点; 如上图:D、E、F、G…等节点为分支节点
  • 双亲节点或父节点:若一个节点含有子节点,则这个节点称为其子节点的父节点; 如上图:A是B的父节点
  • 孩子节点或子节点:一个节点含有的子树的根节点称为该节点的子节点; 如上图:B是A的孩子节点
  • 兄弟节点:具有相同父节点的节点互称为兄弟节点; 如上图:B、C是兄弟节点
  • 树的度:一棵树中,最大的节点的度称为树的度; 如上图:树的度为6
    节点的层次:从根开始定义起,根为第1层,根的子节点为第2层,以此类推;
  • 树的高度或深度树中节点的最大层次; 如上图:树的高度为4
  • 堂兄弟节点:双亲在同一层的节点互为堂兄弟;如上图:H、I互为兄弟节点
  • 节点的祖先:从根到该节点所经分支上的所有节点;如上图:A是所有节点的祖先
  • 子孙以某节点为根的子树中任一节点都称为该节点的子孙。如上图:所有节点都是A的子孙
  • 森林:由m(m>0)棵互不相交的树的集合称为森林;

3.树的表示

树结构要存储表示起来就比较麻烦了,既然保存值域,也要保存结点和结点之间的关系,实际中树有很多种表示方式如:双亲表示法,孩子表示法、孩子双亲表示法以及孩子兄弟表示法等。我们这里就简单的了解其中最常用的孩子兄弟表示法

typedef int DataType;
struct Node
{
 struct Node* _firstChild1; // 第一个孩子结点
 struct Node* _pNextBrother; // 指向其下一个兄弟结点
 DataType _data; // 结点中的数据域
};

在这里就是通过第一个孩子,这个孩子的兄弟关系来存储相应的关系,图解如下:
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4 树在实际中的运用(表示文件系统的目录树结构)

【数据结构】二叉树的概念及结构

二.二叉树概念及结构

1.概念:

一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合:

  1. 或者为空
  2. 由一个根节点加上两棵别称为左子树和右子树的二叉树组成

【数据结构】二叉树的概念及结构
从上图可以看出:

  1. 二叉树不存在度大于2的结点
  2. 二叉树的子树有左右之分次序不能颠倒,因此二叉树是有序树

注意:对于任意的二叉树都是由以下几种情况复合而成的
【数据结构】二叉树的概念及结构

我们可以看看现实里的二叉树:
【数据结构】二叉树的概念及结构

2.特殊的二叉树:

满二叉树:

  一个二叉树,如果每一个层的结点数都达到最大值,则这个二叉树就是满二叉树。也就是说,如果一个二叉树的层数为K,且结点总数是 ,则它就是满二叉树。
【数据结构】二叉树的概念及结构

完全二叉树:

完全二叉树是效率很高的数据结构,完全二叉树是由满二叉树而引出来的。对于n层二叉树,只要前n-1层是满的 最后一层要求从左到右是连续的,那么这就是一颗完全二叉树! 要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉树

【数据结构】二叉树的概念及结构

3.二叉树的性质:

  • 若规定根节点的层数为1,则一棵非空二叉树的第i层上最多有 2^(i-1)个结点.

【数据结构】二叉树的概念及结构

  • 若规定根节点的层数为1,则深度为h的满二叉树的最大结点数是 2^(h)-1个结点(等比数列求和).
  • 高度为h的完全二叉树,节点数量的范围是[2^(h-1), 2^h-1].
  • 对任何一棵二叉树, 如果度为0其叶结点个数为n0 , 度为2的分支结点个数为n2 ,则有 n0=n2+1.
  • 若规定根节点的层数为1,具有n个结点的满二叉树的深度h= log2(n+1). (ps: 是log以2为底,n+1为对数)
  • 完全二叉树里度为1的节点只有1个或0个。

三.相关练习题:

例1:

【数据结构】二叉树的概念及结构
答案:B

解析:根据n0=n2+1

例2:

【数据结构】二叉树的概念及结构
答案:A
【数据结构】二叉树的概念及结构

例3:

【数据结构】二叉树的概念及结构
答案:B
【数据结构】二叉树的概念及结构

例3:

【数据结构】二叉树的概念及结构
答案:B
解析:有的同学可能会问为什么不直接用767-512,这样算出来的结点是最后一层的结点数,并不是叶子结点(第n-1层也有叶子结点),所以我们不能这样算。
正确方法:
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总结

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