数据结构第5章总结

Posted 2021-02-18 cmlearning

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据结构第5章总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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树与二叉树
- 二叉树
  - 基本概念：
    - 树是n(n>=0)个结点的有限集合，n=0时，称为空树；任意非空树满足：
      - 1）有且仅有一个特定的称为根的结点
      - 2）当n>1时，其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集合，其中每一个集合本身又是一棵树，称为根结点的子树（n个结点的树只有n-1条边）
    - 树的性质：
      - 1）树中的结点数等于所有结点的度数加1；
      - 2）度为m的树中第i层上至多有m^(i-1)个结点(i>=1)；
      - 3）高度为h的m叉树至多有(m^h-1)/(m-1)个结点；
      - 4）具有n个结点的m叉树的最小高度为[logm (n(m-1)+1)]（向上取整）
  - 定义及特点：
    - 二叉树是n(n>=0)个结点的有限集合；
      - 1）n=0时，二叉树为空；
      - 2）n>0时，由根结点和两个互不相交的被称为根的左子树和右子树组成。左子树和右子树也分别是一棵二叉树。
    - 满二叉树：一棵高度为h，且含有2^h-1个结点的二叉树为满二叉树。对于编号为i的结点，若存在，其双亲的编号为[i/2]（向下取整），左孩子为2i，右孩子为2i+1
    - 完全二叉树：设一个高度为h、有n个结点的二叉树，当且仅当其每个节点都与高度为h的满二叉树中编号1~n的结点一一对应时，称为完全二叉树；
      - 性质：
      - 1）若i<=[n/2]（向下取整），则结点i为分支节点，否则为叶子结点；
      - 2）叶子节点只可能在层次最大的两层上出现，对于最大层次的叶子结点，都依次排在最左边的位置上；
      - 3）度为1的结点若存在，则可能有一个，且为编号最大的分支结点，并且孩子结点一定是左结点
    - 二叉排序树：一棵二叉树，若树非空则具有如下性质：对于任意结点若存在左子树或右子树，则其左子树上所有结点的关键字均小于该结点，右子树上所有结点的关键字均大于该结点。
    - 平衡二叉树：树上任意结点的左子树和右子树的深度之差不超过1。
    - 二叉树的性质：
      - 1）非空二叉树上的叶子结点数等于度为2的结点数加1，即n0=n2+1；
      - 2）非空二叉树上第k层上至多有2^(k-1)个结点(k>=1)；
      - 3）高度为h的二叉树至多有2^h-1个结点(h>=1)；
      - 4）对完全二叉树按从上到下、从左到右的顺序依次编号1,2,...,n，则有以下关系：
        
        当i>1时，结点i的双亲结点标号为[i/2]（向下取整），即当i为偶数时，其双亲结点的编号为i/2，它是双亲结点的左孩子，当i为奇数时，其双亲结点的编号为(i-1)/2，它是双亲结点的右孩子。
        
        当2i<=n时，结点i的左孩子编号为2i，否则无左孩子。
        
        当2i+1<=n时，结点i的右孩子编号为2i+1，否则无右孩子；
        
        结点i所在层次为[log2 i]+1（向下取整）
      - 5）具有n个(n>=0)结点的完全二叉树的高度为[log2 n]+1（向下取整）或[log2 (n+1)]（向上取整）
  - 二叉树的存储结构
    - 顺序存储：用一组连续的存储单元一次自上而下、自左至右存储完全二叉树上的节点元素
    - 链式存储：用链表来存放一棵二叉树，二叉树中每个结点用链表的一个链接点来存储（含有n个结点的二叉链表中，有n+1个空链域）
  - 二叉树的遍历
    - 先序遍历：根结点--左子树--右子树
      void PreOrder(BiTree T) {//先序遍历二叉树 if(T!=NULL)//若树非空 { cout<<T->data;//访问根节点 PreOrder(T->lchild);//先序遍历左子树 PreOrder(T->rchild);//先序遍历右子树 } }
    - 中序遍历：左子树--根结点--右子树
      void InOrder(BiTree T) {//中序遍历二叉树（递归） if(T!=NULL)//若树非空 { InOrder(T->lchild);//中序遍历左子树 cout<<T->data;//访问根节点 InOrder(T->rchild);//中序遍历右子树 } }
      
      void InOrder2(BiTree T) {//中序遍历非递归算法 InitStack(S); BiTree p=T; while(p||IsEmpty(S)) { if(p) { Push(S,p); p=p->lchild; } else { Pop(S,p); visit(p); p=p->rchild; } } }
    - 后序遍历：左子树--右子树--根结点
      void PostOrder(BiTree T) {//后序遍历二叉树 if(T!=NULL)//若树非空 { PostOrder(T->lchild);//后序遍历左子树 PostOrder(T->rchild);//后序遍历右子树
      cout<<T->data;//访问根节点 } }
    - 层次遍历：
      void LevelOrder(Tree T) { queue<int> Q;//队列 Q.push(T.root);//根结点入队 int k; bool flag=false; while(!Q.empty()) { k = Q.front();//获取队头元素 Q.pop();//队头元素出队 if(T.data[k].lch==-1 && T.data[k].rch==-1) {//叶子结点 if(flag==false) { cout<<k;//输出叶子结点的编号 flag=true; } else { cout<<" "<<k; } } else {//不是叶子结点 if(T.data[k].lch!=-1) Q.push(T.data[k].lch); if(T.data[k].rch!=-1) Q.push(T.data[k].rch); } } }
  - 线索二叉树
  - 二叉树的应用
    - 二叉排序树
    - 平衡二叉树
    - 哈夫曼树及哈夫曼编码
      - 树的带权路径长度：WPL，树中所有叶子结点的带权路径长度之和
      - 哈夫曼树的性质：
        
        1）每个初始结点都会成为叶结点，双支结点都为新生成的结点
        
        2）权值越大离根结点越近，反之权值越小离根结点越远
        
        3）哈夫曼树中没有度为1的结点
        
        4）n个叶子结点的哈夫曼树的节点总数为2n-1，其中度为2的结点数为n-1
      - 哈夫曼树构造算法：
        
        1）将n个结点作为n棵仅含有一个根结点的二叉树，构成森林F
        
        2）生成一个新结点，并从F中找出根结点权值最小的两棵树作为它的左右子树，且新结点的权值为两棵子树根结点的权值之和
        
        3）从F中删除这个树，并将新生成的树加入到F中
        
        4）重复2）3）步骤，直到F中只有一棵树为止
- 树与森林
  - 树的基本概念
  - 树的存储结构
    - 双亲表示法：采用一组连续的存储空间来存储每个节点，同时在每个结点中增设一个伪指针，指示双亲结点在数组中的位置。根结点的下标为0，其伪指针域为-1。
    - 孩子表示法：将每个结点的孩子结点都用单链表连接起来形成一个线性结构，n个结点具有n个孩子链表
    - 左孩子右兄弟表示法：以二叉链表作为树的存储结构，又称二叉树表示法。左指针存放结点第一个孩子节点指针，右指针存放下一个兄弟节点指针
  - 树和森林的遍历
    - 树的遍历：
      - 先根遍历：若树非空，则先访问根节点，再按从左到右的顺序遍历根结点的每棵子树。（树的先根遍历序列与这棵树对应的二叉树的先序遍历序列相同）
      - 后根遍历：若树非空，则先按从左到右顺序遍历根结点的每棵子树，再访问根节点。（树的后根遍历序列与这棵树对应的二叉树的后序遍历序列相同）
      - 层次遍历
    - 森林的遍历：
      - 先序遍历：若森林非空，则
        
        访问森林中第一棵树的根结点
        
        先序遍历第一棵树的子树森林
        
        先序遍历除去第一棵树之后剩余的树构成的子树森林
      - 中序遍历：若森林非空，则
        
        中序遍历第一棵树的根结点的子树森林
        
        访问第一棵树的根节点
        
        中序遍历除去第一棵树之后剩余的树构成的子树森林
  - 树和森林及二叉树的转换
    - 树与二叉树的转换：左孩子右兄弟算法：每个结点左指针指向它的第一个孩子结点，右指针指向它在树中相邻兄弟结点。
    - 森林与二叉树的转换：将每一棵树转换为二叉树，将每棵二叉树的根依次作为上一棵二叉树的右子树。（二叉树转换为树或森林是唯一的）
  - 树的应用--并查集

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5.11课堂笔记

第4章PTA实践：
两个整数集合（集合内无重复元素），集合元素个数<=100000，求两集合交集，并按非降序输出
1）直接遍历 O(m*n)+Q(排序)
2）先排序再合并 O(nlogn)+O(m+n) stl：sort函数！！！

5.9PTA个人赛：
测试点3：5000 连续相同编号输入积分，遇到不同编号时break
测试点4：10000
1）将数组和长度隔开成为两个变量
2）将数组和长度打包为一个结构体
SqList L;
cin>>L.length;
L.data[3].id/.money

分析顺序表、结构体、数组之间的关系：
顺序表（结构体（数组））
typedef struct{
string id;
int money;
}node;
typedef struct{
node data[MAXSIZE];
int length;
}SqList;

SPOC substr讨论
string可以视作C风格的字符型数组
string t;
空串 t[0] t[1] 非法访问内存
string t="1234";//合法：t[0]~t[3]

char *p="123456";//在常量区写入123456，将该字符串的首地址返回给p
char s[]="123456";//在栈空间中给s分配一个空间，大小为7个字符（加上）
p[0] =‘0‘;//在常量区存储，不能修改（编译正确，运行时非法）
s[0] = ‘0‘;//可以修改
char *t = new char[10];//在堆空间开辟是个字符大小的空间，将首地址赋值给t，合法t[0]~t[9]
t = "123456";//在常量区开辟空间写入该字符串，再将首地址返回给t；原来通过t申请的空间没有释放，产生内存泄漏

5.11课堂提问
1.一棵有201个结点的完全二叉树，其中叶子结点的个数是？
对任何一棵二叉树T, 如果其终端结点数为n0，度为2的结点数为n2,则n0=n2+1
如果该完全二叉树存在一个度为1的结点，那总数一定为偶数，故不存在度为1的结点
n2=(201-1)/2 n0=n2+1=101
2。一个具有258个结点的二叉树的高h为？
本题未说明是否为完全二叉树，最矮情况下高度=(log2 258)+1=9，最高情况下为单支树，高度为258
3.深度为h的满m叉树的第k层有多少个结点?(1<=k<=h)
二叉树第i层上至多有2^(i-1)个结点，故结点数为 m^(k-1)

5.11SPOC讨论
二叉树的顺序存储结构：
1）若采用课本P120的方式进行顺序存储，对于非完全二叉树来说，有可能造成存储空间的极大浪费，为什么？
因为用该方式存储非完全二叉树时，需要在其对应完全二叉树的位置空缺时进行补齐，会对空间造成浪费

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5.12课堂提问
1、若有一二叉树的总结点数为98，只有一个儿子的结点数为48，则该树的叶结点数是多少？
不存在，n=98，n1=48，所以n0+n2=50，又因为n0=n2+1 为奇数，故不存在
2、在一棵度为3的树T中，若有10个度为3的结点，1个度为2的结点，10个度为1的结点，则树T的叶子结点个数为？
22个，n3=10，n2=1，n1=10，分支总数=10*3+1*2+10*1=42
而在一棵树中只有根结点没有分支指向，所以结点总数=分支总数+1，n=43
n0=43-10-1-10=22

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5.18课堂笔记

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