树与树算法

Posted 2021-01-04 master-song

树（英语：tree）是一种抽象数据类型（ADT）或是实作这种抽象数据类型的数据结构，用来模拟具有树状结构性质的数据集合。它是由n（n>=1）个有限节点组成一个具有层次关系的集合。

特点：每个节点有另个或者多个节点；没有父节点的节点分为根节点；每个非根节点只有一个父节点；除了根节点外，每个子节点可以分为多个不相交的子树；

 相关术语

• 树的结点（node）：包含一个数据元素及若干指向子树的分支；
• 孩子结点（child node）：结点的子树的根称为该结点的孩子；
• 双亲结点：B 结点是A 结点的孩子，则A结点是B 结点的双亲；
• 兄弟结点：同一双亲的孩子结点； 堂兄结点：同一层上结点；
• 祖先结点: 从根到该结点的所经分支上的所有结点子孙结点：以某结点为根的子树中任一结点都称为该结点的子孙
• 结点层：根结点的层定义为1；根的孩子为第二层结点，依此类推；
• 树的深度：树中最大的结点层
• 结点的度：结点子树的个数
• 树的度： 树中最大的结点度。
• 叶子结点：也叫终端结点，是度为 0 的结点；
• 分枝结点：度不为0的结点；
• 有序树：子树有序的树，如：家族树；
• 无序树：不考虑子树的顺序；

 

树种类：

无序树：树中任意节点的子节点之间没有顺序关系，这种树称为无序树，也称为自由树；

有序树：树中任意节点的子节点之间有顺序关系，这种树称为有序树；

二叉树：每个节点最多含有两个子树的树称为二叉树；

• 完全二叉树：对于一颗二叉树，假设其深度为d(d>1)。除了第d层外，其它各层的节点数目均已达最大值，且第d层所有节点从左向右连续地紧密排列，这样的二叉树被称为完全二叉树，其中满二叉树的定义是所有叶节点都在最底层的完全二叉树;

• 

   

• 平衡二叉树（AVL树）：当且仅当任何节点的两棵子树的高度差不大于1的二叉树；
• 

   

• 排序二叉树（二叉查找树（英语：Binary Search Tree），也称二叉搜索树、有序二叉树）；
• 

   

霍夫曼树（用于信息编码）：带权路径最短的二叉树称为哈夫曼树或最优二叉树；给定n个权值作为n个叶子结点，构造一棵二叉树，若该树的带权路径长度达到最小，称这样的二叉树为最优二叉树，也称为哈夫曼树(Huffman Tree)。哈夫曼树是带权路径长度最短的树，权值较大的结点离根较近。

B树：一种对读写操作进行优化的自平衡的二叉查找树，能够保持数据有序，拥有多余两个子树。

 

二叉树定义：二叉树是每个结点最多有两个子树的树结构。通常子树被称作“左子树”（left subtree）和“右子树”（right subtree）。二叉树常被用于实现二叉查找树和二叉堆。

二叉树性质

• (1) 在非空二叉树中，第i层的结点总数不超过  , i>=1；
• (2) 深度为h的二叉树最多有  个结点(h>=1)，最少有h个结点；
• (3) 对于任意一棵二叉树，如果其叶结点数为N0，而度数为2的结点总数为N2，则N0=N2+1；
• (4) 具有n个结点的完全二叉树的深度为  （注：[ ]表示向下取整）
• (5)有N个结点的完全二叉树各结点如果用顺序方式存储，则结点之间有如下关系：若I为结点编号则 如果I>1，则其父结点的编号为I/2；如果2*I<=N，则其左孩子（即左子树的根结点）的编号为2*I；若2*I>N，则无左孩子；如果2*I+1<=N，则其右孩子的结点编号为2*I+1；若2*I+1>N，则无右孩子。
• (6)给定N个节点，能构成h(N)种不同的二叉树。h(N)为卡特兰数的第N项。h(n)=C(2*n，n)/(n+1)。
• (7)设有i个枝点，I为所有枝点的道路长度总和，J为叶的道路长度总和J=I+2i

 

二叉树的遍历，

先序遍历：遍历顺序规则为【根左右】

中序遍历：遍历顺序规则为【左根右】

后序遍历：遍历顺序规则为【左右根】

 代码实现

# Author:song
class Node(object):
    def __init__(self,item):
        self.elem = item
        self.lchild = None
        self.rchild = None

class Tree(object):
    """二叉树"""
    def __init__(self):
        self.root = None

    def add(self,item):
        node = Node(item)
        if self.root is None:
            self.root = node
            return
        queue = [self.root]
        while queue:
            cur_node = queue.pop(0)
            if cur_node.lchild is None:
                cur_node.lchild = node
                return
            else:
                queue.append(cur_node.lchild)
            if cur_node.rchild is None:
                cur_node.rchild = node
                return
            else:
                queue.append(cur_node.rchild)

    def breadth_travel(self):
        """广度遍历"""
        if self.root is None:
            return
        queue = [self.root]
        while queue:
            cur_node = queue.pop(0)
            print(cur_node.elem,end=‘,‘)
            if cur_node.lchild is not None:
                queue.append(cur_node.lchild)
            if cur_node.rchild is not None:
                queue.append(cur_node.rchild)
        print(‘‘)
    def preorder(self,node):
        """先序遍历"""
        if node is None:
            return
        print(node.elem,end=‘,‘)
        self.preorder(node.lchild)
        self.preorder(node.rchild)

    def inorder(self,node):
        """中序遍历"""
        if node is None:
            return
        self.inorder(node.lchild)
        print(node.elem, end=‘,‘)
        self.inorder(node.rchild)


    def posorder(self,node):
        """后序遍历"""
        if node is None:
            return
        self.posorder(node.lchild)
        self.posorder(node.rchild)
        print(node.elem, end=‘,‘)

if __name__ == "__main__":
    tree = Tree()
    tree.add(0)
    tree.add(1)
    tree.add(2)
    tree.add(3)
    tree.add(4)
    tree.add(5)
    tree.add(6)
    tree.add(7)
    tree.add(8)
    tree.add(9)
    print(‘广度优先：‘)
    tree.breadth_travel()
    print(‘先序遍历：‘)
    tree.preorder(tree.root)
    print(‘‘)
    print(‘中序遍历：‘)
    tree.inorder(tree.root)
    print(‘‘)
    print(‘后序遍历：‘)
    tree.posorder(tree.root)


结果：
广度优先：
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,
先序遍历：
0,1,3,7,8,4,9,2,5,6,
中序遍历：
7,3,8,1,9,4,0,5,2,6,
后序遍历：
7,8,3,9,4,1,5,6,2,0,

View Code

 

通过两个序列可以确定一棵树，其中必定有中序，只给先序后序无法确定一棵树。