二叉树二叉搜索树

Posted 2020-07-26

二叉搜索树：

1.每个节点都有一个关键码（key）作为搜索依据，关键码互不相同。

2.左子树的所有关键码都小于根节点的关键码。

3.右子树的所有关键码都大于根节点的关键码。

4.左右子树都是二叉搜索树。

删除key：左为空，右为空，左右都不空

1）左为空：cur的右树链到父节点

2）右为空：cur的左树链到父节点

3）左右都不空：找右树最左节点或左树最右节点，将找到的节点与cur交换后删除它。

二叉搜索树的增、删、查（非递归及递归）程序代码如下：

#pragma once

#include<string>
////注意：考虑边界问题_root 、左右子树问题（非递归、递归）、记住判空处理
template<class K,class V>
struct BSTNode
{
	BSTNode<K, V>* _left;   //左子数
	BSTNode<K, V>* _right;  //右子树
	K _key;
	V _value;
	//构造函数
	BSTNode(const K& key, const V& value)
		:_left(NULL)
		, _right(NULL)
		, _key(key)
		, _value(value)
	{}
};

template<class K, class V>
class BSTree
{
	typedef BSTNode<K, V> Node;
public:
	BSTree()
		:_root(NULL)
	{}

public:
	//bool Insert(const K& key, const V& value);
	//bool Remove(const K& key);
	//Node* Find(const K& key);
	//bool Insert_R(const K& key, const V& value);
	//bool Remove_R(const K& key, const V& value);
	//Node* Find_R(const K& key);

	bool Insert(const K& key, const V& value)
	{
		if(_root == NULL)
			_root = new Node(key, value);
		Node* cur = _root;
		while(cur)
		{
			if(key < cur->_key)   //key小，插入左子树
			{
				if(cur->_left == NULL)
					cur->_left = new Node(key, value);
				else
					cur = cur->_left;
			}
			else if(key > cur->_key)   //key大，插入右子树
			{
				if(cur->_right == NULL)
					cur->_right = new Node(key, value);
				else
					cur = cur->_right;
			}
			else                       //key关键码互不相同
				return false;
		}
		return true;
	}
	////////////////删除//////////////
	////边界条件判断（无节点，一个节点）
	////找key值，记录parent。
	////删除key，分三种情况(左为空，右为空，左右都不为空)
	////左右节点都存在，找到右树的最左节点或者左树的最右节点，
	////将找到的节点与cur交换后再删除找到的节点

	bool Remove(const K& key) 
	{
		//无节点
		if(_root == NULL)
			return false;
		//一个节点 _root
		if(_root->_left == NULL&&_root->_right == NULL)
		{
			if(key == _root->_key)
			{
				delete _root;
				_root = NULL;
				return true;
			}
			else
				return false;
		}

		Node* cur = _root;
		Node* parent = NULL;
		while(cur)
		{   //找key值，记录parent
			if(key < cur->_key)  
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else if(key > cur->_key)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			////删除key，分三种情况(左为空，右为空，左右都不为空)
			else  
			{
				Node*del=cur;
				if(cur->_left == NULL)   //将cur的右子树链到父节点
				{
					//注意parent可能为空
					if(parent == NULL)  
					{
						_root = cur->_right;
					}
					else
					{
						if(cur = parent->_left)
							parent->_left = cur->_right;
						else
							parent->_right = cur->_right;
					}
		
				}
				else if(cur->_right == NULL)  //将cur的左子树链到父节点
				{
					if(parent == NULL)
					{
						_root = cur->_left;
					}
					else
					{
						if(cur = parent->_left)
							parent->_left = cur->_left;
						else
							parent->_right = cur->_left;
					}
					
				}
				////左右节点都存在，找到右树的最左节点或者左树的最右节点
				////将找到的节点与cur交换后再删除找到的节点
				else
				{
					parent = cur;
					//右树的最左节点firstLeft
					Node* firstLeft = cur->_right;
					while(firstLeft->_left)
					{
						parent = firstLeft;
						firstLeft = firstLeft->_left;
					}
					
					swap(firstLeft->_key, cur->_key);
					swap(firstLeft->_value, cur->_value);
					del = firstLeft;

					//因为左右节点都存在，所以parent不为空
					//firstLeft 左节点为空，右节点可能存在
					if(firstLeft == parent->_left)
						parent->_left = firstLeft->_right;
					else
						parent->_right = firstLeft->_right;

				} /*找到firstLeft代替del*/
				
				delete del;
				return true;
			}
		}//while end
		
		return false;
	}

//查找
	Node* Find(const K& key)
	{
		if(_root == NULL)
			return NULL;
		Node* cur = _root;
		while(cur)
		{
			if(key < cur->_key)   //在左子树查找
		    {
				cur = cur->_left;

		    }
			else if(key>cur->_key)  //在右子树查找
			{
				cur = cur->_right;
			}
			else
			{
				return cur;
			}
		}
		return NULL;
	}

	/////////////////////递归实现增删查
	bool Insert_R(const K& key, const V& value)
	{
		return _Insert_R(_root, key, value);
	}
	bool Remove_R(const K& key)
	{
		return _Remove_R(_root, key);
	}
	Node* Find_R(const K& key)
	{
		return _Find_R(_root, key);
	}

	//中序遍历
	void InOrder()
	{
		return _InOrder(_root);
	}

	bool Empty()
	{
		if(_root == NULL)
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
protected:
	void _InOrder(Node* root)
	{
		if(root == NULL)
			return;
		_InOrder(root->_left);
		//cout << root->_key << " " << endl;
		cout << "key:" << root->_key << " ,value:" << root->_value<< endl;
		_InOrder(root->_right);
	}
	////注意：root参数应为引用&  每次递归的root即为上一次的root->_left或者root->_right
	bool _Insert_R(Node*& root, const K& key, const V& value)
	{
		if(root == NULL)
		{
			root = new Node(key, value);
			return true;
		}

		if(key < root->_key)
		{
			return _Insert_R(root->_left, key, value);
		}
		else if(key>root->_key)
		{
			return _Insert_R(root->_right, key, value);
		}
		else
		{
			return false;
		}
	}
//查找
	Node* _Find_R(Node*& root, const K& key)
	{
		if(root == NULL)
			return NULL;

		if(key < root->_key)
		{
			return _Find_R(root->_left, key);
		}
		else if(key>root->_key)
		{
			return _Find_R(root->_right, key);

		}
		else
		{
			return root;
		}
	}
//删除
	bool _Remove_R(Node*& root, const K& key)
	{
		if(root == NULL)
			return false;

		if(key < root->_key)
		{
			return _Remove_R(root->_left, key);
		}
		else if(key > root->_key)
		{
			return _Remove_R(root->_right, key);
		}
		///删除key
		////以引用root作参数，root相当于上一层的root->_left或者root->_right
		else   
		{
			Node*del = root;
			if(root->_left == NULL)
			{
				root = root->_right;
				delete del;
				return true;
			}
			else if(root->_right == NULL)
			{
				root = root->_left;
				delete del;
				return true;
			}
			///左右节点都不为空
			else
			{
				//右子树的最左节点
				Node* firstLeft = root->_right;
				while(firstLeft->_left)
				{
					firstLeft = firstLeft->_left;
				}

				swap(firstLeft->_key, root->_key);
				swap(firstLeft->_value, root->_value);

				//_Remove_R(firstLeft, key);//错误，firstLeft是临时变量不能作为递归的参数
				_Remove_R(root->_right, key);
			}

		}///删除key end
		return false;
	}

protected:
	Node* _root;
};	

测试代码：

void TestBSTree()
{
	BSTree<int, int> bst;
	bst.Insert(5, 1);
	bst.Insert(3, 1);
	bst.Insert(4, 1);
	bst.Insert(1, 1);
	bst.Insert(7, 1);
	bst.Insert(8, 1);
	bst.Insert(2, 1);
	bst.Insert(6, 1);
	bst.Insert(0, 1);
	bst.Insert(9, 1);

	bst.InOrder();

	cout << "? " << bst.Find(1)->_key<< endl;
	cout << "? " << bst.Find(8)->_key<< endl;
	cout << "? " << bst.Find(22)<< endl;


	bst.Remove(1);
	bst.Remove(2);
	bst.Remove(3);
	bst.Remove(4);
	bst.Remove(5);
	bst.Remove(6);
	bst.Remove(7);
	bst.Remove(8);
	bst.Remove(9);
	bst.Remove(0);

	if(bst.Empty())
		cout << "此二叉搜索树为空" << endl;
	bst.InOrder();
}

void TestBSTree_R()  //递归
{
	BSTree<int, int> bst;

	bst.Insert_R(5, 1);
	bst.Insert_R(3, 1);
	bst.Insert_R(4, 1);
	bst.Insert_R(1, 1);
	bst.Insert_R(7, 1);
	bst.Insert_R(8, 1);
	bst.Insert_R(2, 1);
	bst.Insert_R(6, 1);
	bst.Insert_R(0, 1);
	bst.Insert_R(9, 1);

	bst.InOrder();

	cout << "? " << bst.Find(1)->_key << endl;
	cout << "? " << bst.Find(8)->_key << endl;
	cout << "? " << bst.Find(22) << endl;

	/*
	bst.Remove_R(1);
	bst.Remove_R(2);
	bst.Remove_R(3);
	bst.Remove_R(4);
	*/
	bst.Remove_R(5);
	bst.Remove_R(6);
	bst.Remove_R(7);
	bst.Remove_R(8);
	bst.Remove_R(9);
	bst.Remove_R(0);

	if(bst.Empty())
		cout << "此二叉搜索树为空" << endl;
	bst.InOrder();
}


void TestBSTree_string()  // int string
{
	BSTree<int, string> bst;
	bst.Insert(5, "zhou");
	bst.Insert(3, "sun");
	bst.Insert(4, "li");
	bst.Insert(1, "zhao");
	bst.Insert(7, "zheng");
	bst.Insert(8, "wang");
	bst.Insert(2, "qian");
	bst.Insert(6, "wu");
	bst.Insert(0, "baijiaxing");
	bst.Insert(9, "feng");

	bst.InOrder();

	cout << "? " << bst.Find(1)->_key << endl;
	cout << "? " << bst.Find(8)->_key << endl;
	cout << "? " << bst.Find(22) << endl;

	//bst.Remove(0);
	//bst.Remove(1);
	//bst.Remove(2);
	//bst.Remove(3);
	//bst.Remove(4);
	bst.Remove(5);
	bst.Remove(6);
	bst.Remove(7);
	bst.Remove(8);
	bst.Remove(9);


	if(bst.Empty())
		cout << "此二叉搜索树为空" << endl;
	bst.InOrder();
}

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