基本数据结构 —— 二叉搜索树(C++实现)
什么是二叉搜索树
二叉搜索树(英语:Binary Search Tree),(又:二叉搜索树,二叉排序树)它或者是一棵空树,或者是具有下列性质的二叉树:
- 若它的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值;
- 若它的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值;
- 它的左、右子树也分别为二叉搜索树。
二叉搜索树如何储存数值
如图所示:
所有的节点,都满足左子树上的所有节点都比自己的小,而右子树上的所有节点都比自己大这个条件。
二叉搜索树的操作
因为二叉搜索树的性质,二叉搜索树能够高效地进行如下操作:
- 插入一个数值;
- 查询是否包含某个数值;
- 删除某个数值
如果共有n个元素,那么平均每次操作需要O(logn)的时间。
接下来用C++来实现以上操作。首先定义节点结构体如下:
node* insert(node* p,int x)
{
if(!p)
{
auto q = new node(x);
return q;
}
else
{
if(x < p->val) p->lch = insert(p->lch,x);
else p->rch = insert(p->rch,x);
return p;
}
}
插入一个数值
如图所示:
node* insert(node* p,int x)
{
if(!p) //空树
{
auto q = new node(x);
return q;
}
else
{
if(x < p->val) p->lch = insert(p->lch,x);
else p->rch = insert(p->rch,x);
return p;
}
}
查询是否包含某个数值
如图所示:
bool find(node* p,int x)
{
if(!p) return false;
if(x == p->val) return true;
if(x < p->val) return find(p->lch,x);
else return find(p->rch,x);
}
删除某个数值
数值的删除比起之前提到的操作要稍微麻烦一些。例如,我们要删除数值15。如果删除了15所在的节点,那么它的两个儿子10和17就悬空了。于是,把11提到15所在的位置就可以解决问题。如图所示:
一般来说,需要根据下面几种情况分别进行处理:
- 需要删除的节点没有左儿子,那么就把右儿子提上去。
- 需要删除的节点的左儿子没有右儿子,那么就把左儿子提上去。
- 以上两种情况都不满足的话,就把左儿子的子孙中最大的节点提到需要删除的节点上。
node* remove(node* p,int x)
{
if(!p) return NULL;
if(x < p->val) p->lch = remove(p->lch,x);
else if(x > p->val) p->rch = remove(p->rch,x);
else
{
if(p->lch == NULL) //需要删除的节点没有左儿子
{
auto q = p->rch;
delete p;
return q;
}
else if(p->lch->rch == NULL) //需要删除的节点的左儿子没有右儿子
{
auto q = p->lch;
q->rch = p->rch;
delete p;
return q;
}
else
{
auto q = p->lch;
while(q->rch->rch != NULL) q = q->rch;
auto r = q->rch;
q->rch = r->lch;
r->lch = p->lch;
r->rch = p->rch;
delete p;
return r;
}
return p;
}
}
测试代码
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<queue>
using namespace std;
struct node{
int val;
node *lch,*rch;
node(int value): val(value),lch(NULL),rch(NULL){ }
};
node* insert(node* p,int x)
{
if(!p)
{
auto q = new node(x);
return q;
}
else
{
if(x < p->val) p->lch = insert(p->lch,x);
else p->rch = insert(p->rch,x);
return p;
}
}
bool find(node* p,int x)
{
if(!p) return false;
if(x == p->val) return true;
if(x < p->val) return find(p->lch,x);
else return find(p->rch,x);
}
node* remove(node* p,int x)
{
if(!p) return NULL;
if(x < p->val) p->lch = remove(p->lch,x);
else if(x > p->val) p->rch = remove(p->rch,x);
else
{
if(p->lch == NULL) //需要删除的节点没有左儿子
{
auto q = p->rch;
delete p;
return q;
}
else if(p->lch->rch == NULL) //需要删除的节点的左儿子没有右儿子
{
auto q = p->lch;
q->rch = p->rch;
delete p;
return q;
}
else
{
auto q = p->lch;
while(q->rch->rch != NULL) q = q->rch;
auto r = q->rch;
q->rch = r->lch;
r->lch = p->lch;
r->rch = p->rch;
delete p;
return r;
}
return p;
}
}
void printTree(node* root)
{
queue<node*> q;
q.push(root);
while(!q.empty())
{
auto p = q.front();q.pop();
if(p)
{
cout << p->val << " ";
q.push(p->lch);
q.push(p->rch);
}
}
cout << endl;
}
int main() {
node* root = insert(NULL,7);
insert(root,2);
insert(root,15);
insert(root,1);
insert(root,5);
insert(root,10);
insert(root,17);
insert(root,4);
insert(root,6);
insert(root,8);
insert(root,11);
insert(root,16);
insert(root,19);
if(find(root,15)) cout << "find 15" << endl;
else cout << "can not find 15" << endl;
if(find(root,3)) cout << "find 3" << endl;
else cout << "can not find 3" << endl;
printTree(root);
remove(root,15);
printTree(root);
return 0;
};
结果:
参考资料
- 《挑战程序设计竞赛》人民邮电出版社
- 二叉搜索树_百度百科
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