Java实现二叉树查找
2017-09-06 10:48
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二叉查找树简介
二叉查找树(Binary Search Tree),又被称为二叉搜索树。
它是特殊的二叉树:对于二叉树,假设x为二叉树中的任意一个结点,x节点包含关键字key,节点x的key值记为key[x]。如果y是x的左子树中的一个结点,则key[y] <= key[x];如果y是x的右子树的一个结点,则key[y] >= key[x]。那么,这棵树就是二叉查找树。
在二叉查找树中:
(01) 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;
(02) 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;
(03) 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树。
(04) 没有键值相等的节点(no duplicate nodes)。
二叉查找树的Java实现
1. 二叉查找树节点的定义
BSTree是二叉树,它保护了二叉树的根节点mRoot;mRoot是BSTNode类型,而BSTNode是二叉查找树的节点,它是BSTree的内部类。BSTNode包含二叉查找树的几个基本信息:
(01) key – 它是关键字,是用来对二叉查找树的节点进行排序的。
(02) left – 它指向当前节点的左孩子。
(03) right – 它指向当前节点的右孩子。
(04) parent – 它指向当前节点的父结点。
2 遍历
这里讲解前序遍历、中序遍历、后序遍历3种方式。
2.1 前序遍历
若二叉树非空,则执行以下操作:
(01) 访问根结点;
(02) 先序遍历左子树;
(03) 先序遍历右子树。
前序遍历代码
2.2 中序遍历
若二叉树非空,则执行以下操作:
(01) 中序遍历左子树;
(02) 访问根结点;
(03) 中序遍历右子树。
中序遍历代码
2.3 后序遍历
若二叉树非空,则执行以下操作:
(01) 后序遍历左子树;
(02) 后序遍历右子树;
(03) 访问根结点。
后序遍历代码
对于上面的二叉树而言,
(01) 前序遍历结果: 3 1 2 5 4 6
(02) 中序遍历结果: 1 2 3 4 5 6
(03) 后序遍历结果: 2 1 4 6 5 3
3.查找
递归版本的代码
非递归版本的代码
最大值和最小值
查找最大值的代码
查找最小值的代码
前驱和后继
节点的前驱:是该节点的左子树中的最大节点。
节点的后继:是该节点的右子树中的最小节点。
查找前驱节点的代码
查找后继节点的代码
6.插入
插入节点的代码
7.删除
删除节点的代码
8.打印
打印二叉查找树的代码
9.销毁
销毁二叉查找树的代码
完整的实现代码
二叉查找树的Java实现文件(BSTree.java)
参考http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3576452.html
二叉查找树(Binary Search Tree),又被称为二叉搜索树。
它是特殊的二叉树:对于二叉树,假设x为二叉树中的任意一个结点,x节点包含关键字key,节点x的key值记为key[x]。如果y是x的左子树中的一个结点,则key[y] <= key[x];如果y是x的右子树的一个结点,则key[y] >= key[x]。那么,这棵树就是二叉查找树。
在二叉查找树中:
(01) 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;
(02) 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;
(03) 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树。
(04) 没有键值相等的节点(no duplicate nodes)。
二叉查找树的Java实现
1. 二叉查找树节点的定义
public class BSTree<T extends Comparable<T>> { private BSTNode<T> mRoot; // 根结点 public class BSTNode<T extends Comparable<T>> { T key; // 关键字(键值) BSTNode<T> left; // 左孩子 BSTNode<T> right; // 右孩子 BSTNode<T> parent; // 父结点 public BSTNode(T key, BSTNode<T> parent, BSTNode<T> left, BSTNode<T> right) { this.key = key; this.parent = parent; this.left = left; this.right = right; } } ...... }
BSTree是二叉树,它保护了二叉树的根节点mRoot;mRoot是BSTNode类型,而BSTNode是二叉查找树的节点,它是BSTree的内部类。BSTNode包含二叉查找树的几个基本信息:
(01) key – 它是关键字,是用来对二叉查找树的节点进行排序的。
(02) left – 它指向当前节点的左孩子。
(03) right – 它指向当前节点的右孩子。
(04) parent – 它指向当前节点的父结点。
2 遍历
这里讲解前序遍历、中序遍历、后序遍历3种方式。
2.1 前序遍历
若二叉树非空,则执行以下操作:
(01) 访问根结点;
(02) 先序遍历左子树;
(03) 先序遍历右子树。
前序遍历代码
private void preOrder(BSTNode<T> tree) { if(tree != null) { System.out.print(tree.key+" "); preOrder(tree.left); preOrder(tree.right); } } public void preOrder() { preOrder(mRoot); }
2.2 中序遍历
若二叉树非空,则执行以下操作:
(01) 中序遍历左子树;
(02) 访问根结点;
(03) 中序遍历右子树。
中序遍历代码
private void inOrder(BSTNode<T> tree) { if(tree != null) { inOrder(tree.left); System.out.print(tree.key+" "); inOrder(tree.right); } } public void inOrder() { inOrder(mRoot); }
2.3 后序遍历
若二叉树非空,则执行以下操作:
(01) 后序遍历左子树;
(02) 后序遍历右子树;
(03) 访问根结点。
后序遍历代码
private void postOrder(BSTNode<T> tree) { if(tree != null) { postOrder(tree.left); postOrder(tree.right); System.out.print(tree.key+" "); } } public void postOrder() { postOrder(mRoot); }
对于上面的二叉树而言,
(01) 前序遍历结果: 3 1 2 5 4 6
(02) 中序遍历结果: 1 2 3 4 5 6
(03) 后序遍历结果: 2 1 4 6 5 3
3.查找
递归版本的代码
/* * (递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */ private BSTNode<T> search(BSTNode<T> x, T key) { if (x==null) return x; int cmp = key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) return search(x.left, key); else if (cmp > 0) return search(x.right, key); else return x; } public BSTNode<T> search(T key) { return search(mRoot, key); }
非递归版本的代码
/* * (非递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */ private BSTNode<T> iterativeSearch(BSTNode<T> x, T key) { while (x!=null) { int cmp = key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) x = x.left; else if (cmp > 0) x = x.right; else return x; } return x; } public BSTNode<T> iterativeSearch(T key) { return iterativeSearch(mRoot, key); }
最大值和最小值
查找最大值的代码
/* * 查找最大结点:返回tree为根结点的二叉树的最大结点。 */ private BSTNode<T> maximum(BSTNode<T> tree) { if (tree == null) return null; while(tree.right != null) tree = tree.right; return tree; } public T maximum() { BSTNode<T> p = maximum(mRoot); if (p != null) return p.key; return null; }
查找最小值的代码
/* * 查找最小结点:返回tree为根结点的二叉树的最小结点。 */ private BSTNode<T> minimum(BSTNode<T> tree) { if (tree == null) return null; while(tree.left != null) tree = tree.left; return tree; } public T minimum() { BSTNode<T> p = minimum(mRoot); if (p != null) return p.key; return null; }
前驱和后继
节点的前驱:是该节点的左子树中的最大节点。
节点的后继:是该节点的右子树中的最小节点。
查找前驱节点的代码
/* * 找结点(x)的前驱结点。即,查找"二叉树中数据值小于该结点"的"最大结点"。 */ public BSTNode<T> predecessor(BSTNode<T> x) { // 如果x存在左孩子,则"x的前驱结点"为 "以其左孩子为根的子树的最大结点"。 if (x.left != null) return maximum(x.left); // 如果x没有左孩子。则x有以下两种可能: // (01) x是"一个右孩子",则"x的前驱结点"为 "它的父结点"。 // (01) x是"一个左孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有右孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的前驱结点"。 BSTNode<T> y = x.parent; while ((y!=null) && (x==y.left)) { x = y; y = y.parent; } return y; }
查找后继节点的代码
/* * 找结点(x)的后继结点。即,查找"二叉树中数据值大于该结点"的"最小结点"。 */ public BSTNode<T> successor(BSTNode<T> x) { // 如果x存在右孩子,则"x的后继结点"为 "以其右孩子为根的子树的最小结点"。 if (x.right != null) return minimum(x.right); // 如果x没有右孩子。则x有以下两种可能: // (01) x是"一个左孩子",则"x的后继结点"为 "它的父结点"。 // (02) x是"一个右孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有左孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的后继结点"。 BSTNode<T> y = x.parent; while ((y!=null) && (x==y.right)) { x = y; y = y.parent; } return y; }
6.插入
插入节点的代码
/* * 将结点插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的 * z 插入的结点 */ private void insert(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) { int cmp; BSTNode<T> y = null; BSTNode<T> x = bst.mRoot; // 查找z的插入位置 while (x != null) { y = x; cmp = z.key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) x = x.left; else x = x.right; } z.parent = y; if (y==null) bst.mRoot = z; else { cmp = z.key.compareTo(y.key); if (cmp < 0) y.left = z; else y.right = z; } } /* * 新建结点(key),并将其插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * key 插入结点的键值 */ public void insert(T key) { BSTNode<T> z=new BSTNode<T>(key,null,null,null); // 如果新建结点失败,则返回。 if (z != null) insert(this, z); }
7.删除
删除节点的代码
/* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * bst 二叉树 * z 删除的结点 */ private BSTNode<T> remove(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) { BSTNode<T> x=null; BSTNode<T> y=null; if ((z.left == null) || (z.right == null) ) y = z; else y = successor(z); if (y.left != null) x = y.left; else x = y.right; if (x != null) x.parent = y.parent; if (y.parent == null) bst.mRoot = x; else if (y == y.parent.left) y.parent.left = x; else y.parent.right = x; if (y != z) z.key = y.key; return y; } /* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * z 删除的结点 */ public void remove(T key) { BSTNode<T> z, node; if ((z = search(mRoot, key)) != null) if ( (node = remove(this, z)) != null) node = null; }
8.打印
打印二叉查找树的代码
/* * 打印"二叉查找树" * * key -- 节点的键值 * direction -- 0,表示该节点是根节点; * -1,表示该节点是它的父结点的左孩子; * 1,表示该节点是它的父结点的右孩子。 */ private void print(BSTNode<T> tree, T key, int direction) { if(tree != null) { if(direction==0) // tree是根节点 System.out.printf("%2d is root\n", tree.key); else // tree是分支节点 System.out.printf("%2d is %2d's %6s child\n", tree.key, key, direction==1?"right" : "left"); print(tree.left, tree.key, -1); print(tree.right,tree.key, 1); } } public void print() { if (mRoot != null) print(mRoot, mRoot.key, 0); }
9.销毁
销毁二叉查找树的代码
/* * 销毁二叉树 */ private void destroy(BSTNode<T> tree) { if (tree==null) return ; if (tree.left != null) destroy(tree.left); if (tree.right != null) destroy(tree.right); tree=null; } public void clear() { destroy(mRoot); mRoot = null; }
完整的实现代码
二叉查找树的Java实现文件(BSTree.java)
/**
* Java 语言: 二叉查找树
*
* @author liang
* @date 2017/09/06
*/
public class BSTree<T extends Comparable<T>> {
private BSTNode<T> mRoot; // 根结点
public class BSTNode<T extends Comparable<T>> {
T key; // 关键字(键值)
BSTNode<T> left; // 左孩子
BSTNode<T> right; // 右孩子
BSTNode<T> parent; // 父结点
public BSTNode(T key, BSTNode<T> parent, BSTNode<T> left, BSTNode<T> right) {
this.key = key;
this.parent = parent;
this.left = left;
this.right = right;
}
public T getKey() {
return key;
}
public String toString() {
return "key:"+key;
}
}
public BSTree() {
mRoot=null;
}
/*
* 前序遍历"二叉树"
*/
private void preOrder(BSTNode<T> tree) { if(tree != null) { System.out.print(tree.key+" "); preOrder(tree.left); preOrder(tree.right); } } public void preOrder() { preOrder(mRoot); }
/*
* 中序遍历"二叉树"
*/
private void inOrder(BSTNode<T> tree) { if(tree != null) { inOrder(tree.left); System.out.print(tree.key+" "); inOrder(tree.right); } } public void inOrder() { inOrder(mRoot); }
/*
* 后序遍历"二叉树"
*/
private void postOrder(BSTNode<T> tree) { if(tree != null) { postOrder(tree.left); postOrder(tree.right); System.out.print(tree.key+" "); } } public void postOrder() { postOrder(mRoot); }
/* * (递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */ private BSTNode<T> search(BSTNode<T> x, T key) { if (x==null) return x; int cmp = key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) return search(x.left, key); else if (cmp > 0) return search(x.right, key); else return x; } public BSTNode<T> search(T key) { return search(mRoot, key); }
/* * (非递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点 */ private BSTNode<T> iterativeSearch(BSTNode<T> x, T key) { while (x!=null) { int cmp = key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) x = x.left; else if (cmp > 0) x = x.right; else return x; } return x; } public BSTNode<T> iterativeSearch(T key) { return iterativeSearch(mRoot, key); }
/* * 查找最小结点:返回tree为根结点的二叉树的最小结点。 */ private BSTNode<T> minimum(BSTNode<T> tree) { if (tree == null) return null; while(tree.left != null) tree = tree.left; return tree; } public T minimum() { BSTNode<T> p = minimum(mRoot); if (p != null) return p.key; return null; }
/* * 查找最大结点:返回tree为根结点的二叉树的最大结点。 */ private BSTNode<T> maximum(BSTNode<T> tree) { if (tree == null) return null; while(tree.right != null) tree = tree.right; return tree; } public T maximum() { BSTNode<T> p = maximum(mRoot); if (p != null) return p.key; return null; }
/* * 找结点(x)的后继结点。即,查找"二叉树中数据值大于该结点"的"最小结点"。 */ public BSTNode<T> successor(BSTNode<T> x) { // 如果x存在右孩子,则"x的后继结点"为 "以其右孩子为根的子树的最小结点"。 if (x.right != null) return minimum(x.right); // 如果x没有右孩子。则x有以下两种可能: // (01) x是"一个左孩子",则"x的后继结点"为 "它的父结点"。 // (02) x是"一个右孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有左孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的后继结点"。 BSTNode<T> y = x.parent; while ((y!=null) && (x==y.right)) { x = y; y = y.parent; } return y; }
/* * 找结点(x)的前驱结点。即,查找"二叉树中数据值小于该结点"的"最大结点"。 */ public BSTNode<T> predecessor(BSTNode<T> x) { // 如果x存在左孩子,则"x的前驱结点"为 "以其左孩子为根的子树的最大结点"。 if (x.left != null) return maximum(x.left); // 如果x没有左孩子。则x有以下两种可能: // (01) x是"一个右孩子",则"x的前驱结点"为 "它的父结点"。 // (01) x是"一个左孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有右孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的前驱结点"。 BSTNode<T> y = x.parent; while ((y!=null) && (x==y.left)) { x = y; y = y.parent; } return y; }
/* * 将结点插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的 * z 插入的结点 */ private void insert(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) { int cmp; BSTNode<T> y = null; BSTNode<T> x = bst.mRoot; // 查找z的插入位置 while (x != null) { y = x; cmp = z.key.compareTo(x.key); if (cmp < 0) x = x.left; else x = x.right; } z.parent = y; if (y==null) bst.mRoot = z; else { cmp = z.key.compareTo(y.key); if (cmp < 0) y.left = z; else y.right = z; } } /* * 新建结点(key),并将其插入到二叉树中 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * key 插入结点的键值 */ public void insert(T key) { BSTNode<T> z=new BSTNode<T>(key,null,null,null); // 如果新建结点失败,则返回。 if (z != null) insert(this, z); }
/* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * bst 二叉树 * z 删除的结点 */ private BSTNode<T> remove(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) { BSTNode<T> x=null; BSTNode<T> y=null; if ((z.left == null) || (z.right == null) ) y = z; else y = successor(z); if (y.left != null) x = y.left; else x = y.right; if (x != null) x.parent = y.parent; if (y.parent == null) bst.mRoot = x; else if (y == y.parent.left) y.parent.left = x; else y.parent.right = x; if (y != z) z.key = y.key; return y; } /* * 删除结点(z),并返回被删除的结点 * * 参数说明: * tree 二叉树的根结点 * z 删除的结点 */ public void remove(T key) { BSTNode<T> z, node; if ((z = search(mRoot, key)) != null) if ( (node = remove(this, z)) != null) node = null; }
/* * 销毁二叉树 */ private void destroy(BSTNode<T> tree) { if (tree==null) return ; if (tree.left != null) destroy(tree.left); if (tree.right != null) destroy(tree.right); tree=null; } public void clear() { destroy(mRoot); mRoot = null; }
/* * 打印"二叉查找树" * * key -- 节点的键值 * direction -- 0,表示该节点是根节点; * -1,表示该节点是它的父结点的左孩子; * 1,表示该节点是它的父结点的右孩子。 */ private void print(BSTNode<T> tree, T key, int direction) { if(tree != null) { if(direction==0) // tree是根节点 System.out.printf("%2d is root\n", tree.key); else // tree是分支节点 System.out.printf("%2d is %2d's %6s child\n", tree.key, key, direction==1?"right" : "left"); print(tree.left, tree.key, -1); print(tree.right,tree.key, 1); } } public void print() { if (mRoot != null) print(mRoot, mRoot.key, 0); }
}
参考http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3576452.html
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