常见数据结构-二叉树(上)二叉树遍历

举报
嵌入式视觉 发表于 2023/03/25 17:32:58 2023/03/25
【摘要】 在计算机科学中,二叉树(英语:Binary tree)是每个节点最多只有两个分支(即不存在分支度大于 2 的节点)的树结构。通常分支被称作“左子树”或“右子树”。

一,什么是二叉树

二叉树的定义可以先通过下图有一个直观了解。

二叉树图示

在计算机科学中,二叉树(英语:Binary tree)是每个节点最多只有两个分支(即不存在分支度大于 2 的节点)的树结构。通常分支被称作“左子树”或“右子树”。二叉树的分支具有左右次序,不能随意颠倒。

这个图里面,有两个比较特殊的二叉树,分别是编号 2 和编号 3 这两个。

其中,编号 2 的二叉树中,叶子节点全都在最底层,除了叶子节点之外,每个节点都有左右两个子节点,这种二叉树就叫做满二叉树

编号 3 的二叉树中,叶子节点都在最底下两层,最后一层的叶子节点都靠左排列,并且除了最后一层,其他层的节点个数都要达到最大,这种二叉树叫做完全二叉树

二,二叉树的存储

完全二叉树之所以这样定义是和二叉树的存储有关的。

二叉树的存储有两种方法,一种是基于指针或者引用的二叉链式存储法,一种是基于数组的顺序存储法。

链式存储法比较直观,每个节点有三个字段,其中一个存储数据,另外两个是指向左右子节点的指针。我们只要拎住根节点,就可以通过左右子节点的指针,把整棵树都串起来。如下图所示:

链式存储法

顺序存储法,假设把根节点存储在数组下标为 i = 1 的位置,则左子节点存储在下标为 2*i=2 的位置,右子节点在 2*i+1=3 的位置。如下图所示:

顺序存储法

从顺序存储法定义可知,假设是非完全二叉树,则会浪费部分空间,2*i 位置没有元素,被浪费了。所以,如果某棵二叉树是一棵完全二叉树,那用数组存储无疑是最节省内存的一种方式。因为数组的存储方式并不需要像链式存储法那样,要存储额外的左右子节点的指针。

三,二叉树的遍历

将二叉树所有节点打印出来的过程称为二叉树的遍历。二叉树的遍历方式有 4 种,前、中、后、层序遍历。其中,前、中、后序,表示的是节点与它的左右子树节点遍历打印的先后顺序

  • 前序遍历是指,对于树中的任意节点来说,先打印这个节点,然后再打印它的左子树,最后打印它的右子树。
  • 中序遍历是指,对于树中的任意节点来说,先打印它的左子树,然后再打印它本身,最后打印它的右子树。
  • 后序遍历是指,对于树中的任意节点来说,先打印它的左子树,然后再打印它的右子树,最后打印这个节点本身。

二叉树的遍历

实际上,二叉树的前、中、后序遍历都是一个递归过程,如中序遍历,就是先递归的打印左子树,再打印根节点,最后递归的打印右子树。递归公式如下:


前序遍历的递推公式:
preOrder(r) = print r->preOrder(r->left)->preOrder(r->right)

中序遍历的递推公式:
inOrder(r) = inOrder(r->left)->print r->inOrder(r->right)

后序遍历的递推公式:
postOrder(r) = postOrder(r->left)->postOrder(r->right)->print r

二叉树前序遍历的顺序为:

  • 先遍历根节点;
  • 随后递归地遍历左子树;
  • 最后递归地遍历右子树。

二叉树中序遍历的顺序为:

  • 先递归地遍历左子树;
  • 随后遍历根节点;
  • 最后递归地遍历右子树。

在「递归」地遍历某个子树的过程中,我们也是将这颗子树看成一颗全新的树,按照上述的顺序进行遍历。挖掘「前序遍历」和「中序遍历」的性质,我们就可以得出本题的做法。

二叉树的前、中、后续遍历的递归实现代码如下:

二叉树的后续遍历 leetcode 链接在 leetcode145

// Definition for a binary tree node.
struct TreeNode {
    int val;
    TreeNode *left;
    TreeNode *right;
    TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}
    TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}
    TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}
};
 
class Solution {
public:
    // 前序遍历,遍历结果存储在 vector 中
    void preOrder(TreeNode* root, vector<int> &ret){
        if(root == nullptr) return ;
        ret.push_back(root->val);
        preOrder(root->left, ret);
        preOrder(root->right, ret);
    }
    // 中序遍历
    void inOrder(TreeNode* root, vector<int> &ret){
        if(root == nullptr) return ;
        inOrder(root->left, ret);
        ret.push_back(root->val);
        inOrder(root->right, ret);
    }
    // 后续遍历
    void postOrder(TreeNode* root, vector<int> &ret){
        if(root == nullptr) return ;
        postOrder(root->left, ret);
        postOrder(root->right, ret);
        ret.push_back(root->val);
    }
};

每个节点最多会被访问两次,所以遍历操作的时间复杂度,跟节点的个数 n n 成正比,也就是说二叉树遍历的时间复杂度是 O ( n ) O(n)

2 次具体指的是,一次是获取该节点的左子节点对象,另一次是获取该节点的右子节点对象。

总结

二叉树的每个节点最多有两个子节点,分别是左子节点和右子节点。二叉树中,有两种比较特殊的树,分别是满二叉树和完全二叉树。满二叉树又是完全二叉树的一种特殊情况。

二叉树既可以用链式存储,也可以用数组顺序存储。数组顺序存储的方式比较适合完全二叉树,其他类型的二叉树用数组存储会比较浪费存储空间。除此之外,二叉树里非常重要的操作就是前、中、后序遍历操作,遍历的时间复杂度是 O ( n ) O(n) ,你需要理解并能用递归代码来实现。

【版权声明】本文为华为云社区用户原创内容,转载时必须标注文章的来源(华为云社区)、文章链接、文章作者等基本信息, 否则作者和本社区有权追究责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,欢迎发送邮件进行举报,并提供相关证据,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容,举报邮箱: cloudbbs@huaweicloud.com
  • 点赞
  • 收藏
  • 关注作者

评论(0

0/1000
抱歉,系统识别当前为高风险访问,暂不支持该操作

全部回复

上滑加载中

设置昵称

在此一键设置昵称,即可参与社区互动!

*长度不超过10个汉字或20个英文字符,设置后3个月内不可修改。

*长度不超过10个汉字或20个英文字符,设置后3个月内不可修改。