二叉搜索树(Binary Search Tree)
二叉搜索树(BST,Binary Search Tree),也称二叉排序树或二叉查找树。
二叉搜索树:一棵二叉树,可以为空;如果不为空,满足以下性质:
- 非空左子树的所有键值小于其根结点的键值;
- 非空右子树的所有键值大于其根结点的键值;
- 左右子树都是二叉搜索树;
- The left subtree of a node contains only nodes with keys less than the node's key.
- The right subtree of a node contains only nodes with keys greater than the node's key.
- The left and right subtrees each must also be a binary search tree.
- Each node can have up to two successor nodes.
- There must be no duplicate nodes.
- A unique path exists from the root to every other node.
二叉搜索树操作的特别函数:
Position Find(ElementType X,BinTree BST):从二叉搜索树BST查找元素X,返回其所在结点的地址;
Position FindMin(BinTree BST):从二叉搜索树BST中查找并返回最小元素所在结点的地址;
Position FindMax(BinTree BST):从二叉搜索树BST中查找并返回最大元素所在结点的地址;
BinTree Insert(ElementType X,BinTree BST):把元素X结点插入到二叉搜索树BST中;
BinTree Delete(ElementType X,BinTree BST):从二叉搜索树BST中删除元素X结点;
【二叉搜索树的查找操作:Find】
1、查找从根结点开始,如果树为空,返回NULL;
2、若搜索树非空,则根结点关键字和X进行比较,并进行不同处理:
- 如果X小于根结点的键值,只需在左子树中继续搜索;
- 如果X大于根结点的键值,只需在右子树中继续搜索;
- 若两者比较结果是相等,搜索完成,返回指向此结点的指针;
递归查找操作:
Position BST_Find(ElementType X, BinTree BST)
{
if(BST == NULL)
return NULL; if(X > BST->Data)
return BST_Find(X, BST->Right);
else if(X < BST->Data)
return BST_Find(X, BST->Left);
else
return BST;
}
非递归查找操作:
Postion BST_Find_ext(ElementType X, BinTree BST)
{
while(BST != NULL)
{
if(X > BST->Data)
BST = BST->Right;
else if(X < BST->Data)
BST = BST->Left;
else
return BST;
}
return NULL;
}
【二叉搜索树查找最大元素FindMax和最小元素FindMin】
最大元素一定是在树的最右分支的端结点上;
最小元素一定是在树的最左分支的端结点上;
递归查找Min和Max:
Position BST_FindMin(BinTree BST)
{
if(BST == NULL)
return NULL;
else if(BST->Left == NULL)
return BST;
else
return BST_FindMin(BST->Left);
} Position BST_FindMax(BinTree BST)
{
if(BST == NULL)
return NULL;
else if(BST->Right == NULL)
return BST;
else
return BST_FindMax(BST->Right);
}
非递归查找Min和Max:
Position BST_FindMin_ext(BinTree BST)
{
if(BST != NULL)
{
while(BST->Left != NULL)
BST = BST->Left;
}
return BST;
} Position BST_FindMax_ext(BinTree BST)
{
if(BST != NULL)
{
while(BST->Right != NULL)
BST = BST->Right;
}
return BST;
}
【二叉搜索树的插入操作:Insert】
BinTree BST_Insert(ElementType X, BinTree BST)
{
if(BST == NULL)
{
// 若原树为空,生成并返回一个结点的二叉搜索树
BST = malloc(sizeof(struct TreeNode));
BST->Data = X;
BST->Left = NULL;
BST->Right = NULL;
}
else
{
// 开始找要插入元素的位置
if(X < BST->Data)
BST->Left = BST_Insert(X, BST->Left); // 递归插入左子树
else if(X > BST->Data)
BST->Right = BST_Insert(X, BST->Right); // 递归插入右子树
// else X已经存在,什么都不做
}
return BST;
}
【二叉搜索树的删除操作:Delete】
二叉搜索树的删除操作需要考虑三种情况:
- 要删除的是叶结点:直接删除,并修改其父结点指针置为NULL;
- 要删除的结点只有一个孩子结点:将其父结点的指针指向要删除结点的孩子结点;
- 要删除的结点有左右两棵子树:用另一个结点替代被删除结点,右子树的最小元素 或者 左子树的最大元素;
BinTree BST_Delete(ElementType X, BinTree BST)
{
Position Tmp; if(BST == NULL)
{
printf("warning: xxx\n"); // 未找到要删除的元素
}
else if(X < BST->Data)
{
BST->Left = BST_Delete(X, BST->Left); // 左子树递归删除
}
else if(X > BST->Data)
{
BST->Right = BST_Delete(X, BST->Right); // 右子树递归删除
}
else
{
// 被删除结点有左右两个子结点
if(BST->Left != NULL && BST->Right != NULL)
{
// 在右子树中找到最小的元素填充删除结点
Tmp = BST_FindMin(BST->Right);
BST->Data = Tmp->Data;
// 在删除结点的右子树中删除最小元素
BST->Right = BST_Delete(BST->Data, BST->Right);
}
else // 被删除结点有一个或无子结点
{
Tmp = BST;
if(BST->Left == NULL) // 有右孩子或者无子结点
BST = BST->Right;
else if(BST->Right == NULL) // 有左孩子或者无子结点
BST = BST->Left;
free(Tmp);
}
}
return BST;
}
Wiki链接:
Binary_search_tree :http://en.wikipedia.org/wiki/Binary_search_tree
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