二叉排序树

Posted 2020-06-20 欣麒骥

二叉排序树又称二叉查找树，它是一种对排序和查找都很有用的特殊二叉树。

定义：

（1）若它的左子树不为空，则左子树上的所有结点的值均小于它的根结点的值；

（2）若它的右子树不为空，则右子树上所有结点的值均小于它的根结点上的值；

（3）它的左右子树本身也分别为二叉排序树。

通过中序排列我们发现中序遍历的结果是结点的值是由低到高的。

二叉排序树的二叉链表存储表示

typedef struct{
  keyType key；
  InfoType other info；
}ElemType；
typedef struct BSTNode
{
 ElemType data；
 struct BSTNode *lchild，*rchild；

}BSTNode，*BSTreet；

二叉排序树的查找

二叉排序树的 查找依然沿用前面介绍的顺序查找和折半查找。

递归查找

（1）若二叉排序树为空，则查找失败，则返回空指针。

（2）若二叉排序树非空，将给定值key与根结点的关键字T->data.Key进行比较：

1. 若key等于T->data.key,则查找成功，返回根结点地址；

2. 若key小于T->data.key，则进一步查找左子树；

3. 若key大于T->data.key，则进一步查找右子树。

算法描述

     BSTree SearchBST(BSTree T,KeyType key)
     {
            //在根指针T所指二叉排序树种递归地查找某个关键字等于key的数据元素
            //若查找成功，则返回指向该数据元素结点的指针，否则返回空指针

            if((!T)||key==T->data.key) return T;    //查找结束
            else if(key<T->data.key) return SearchBST(T->child,key);//在左子树上继续查找
        else return SearchBST(T->child,key);//在右子树上继续查找
    }

二叉排序的插入

（1）若二叉排序树为空，则待插入结点*S作为根结点插入到空树中。

（2）若二叉排序树非空，则将key与根结点的关键字T->data.Key进行比较：

1. 若key等于T->data.key，则停止插入；

2. 若key小于T->data.key,则将*S插入左子树；

3. 若key大于T->data.key,，则将*S插入右子树。

   

   /*  当二叉排序树T中不存在关键字等于key的数据元素时， */
   /*  插入key并返回TRUE，否则返回FALSE */
   Status InsertBST(BiTree *T, int key) 
   {  
       BiTree p,s;
   if (!SearchBST(*T, key, NULL, &p)) /* 查找不成功 */
   {
       s = (BiTree)malloc(sizeof(BiTNode));
       s->data = key;  
       s->lchild = s->rchild = NULL;  
           if (!p) 
           *T = s;            /*  插入s为新的根结点 */
       else if (key<p->data) 
           p->lchild = s;    /*  插入s为左孩子 */
       else 
       p->rchild = s;  /*  插入s为右孩子 */
   return TRUE;
   } 
   else 
   return FALSE;  /*  树中已有关键字相同的结点，不再插入 */
   }
   

二叉排序树的创建

二叉排序树的创建是从空的二叉排序树开始，每输入一个结点，经过查找操作，将新结点插入到当前二叉排序树的合适位置。

（1）将二叉排序树T初始化为空树

（2）读入一个关键字为key的结点，将此结点插入二叉排序树T中。

（3）重复操作，直至读入的关键字key是输入结束标志。

Void CreatBST(BSTree &T)
{
T=NULL;
cin>>e;
while(e.key!=ENDFLAG)
{
 InsertBST(T,e);
 cin>>e;
}
}

注意:不同的的插入次序的序列生成不同形态的二叉排序树

二叉排序树的删除

在二叉排序树中删除一个结点，这是二叉排序树中最有深度的操作。

主要分三种操作：

1. 若*p结点为叶子结点，即PL(左子树)和PR(右子树)均为空树。由于删去叶子结点不破坏整棵树的结构，则只需修改其双亲结点的指针即可。

2. 若*p结点只有左子树PL或右子树PR，此时只要令PL或PR直接成为其双亲结点*f的左子树（当*p是左子树）或右子树（当*p是右子树）即可，作此修改也不破坏二叉排序树的特性。

3. 若*p结点的左子树和右子树均不空。在删去*p之后，为保持其它元素之间的相对位置不变，可按中序遍历保持有序进行调整。比较好的做法是，找到*p的直接前驱（或直接后继）*s，用*s来替换结点*p，然后再删除结点*s。
   /* 若二叉排序树T中存在关键字等于key的数据元素时，则删除该数据元素结点, */
   /* 并返回TRUE；否则返回FALSE。 */

   Status DeleteBST(BiTree *T,int key)
   { 
           if(!*T) /* 不存在关键字等于key的数据元素 */ 
   return FALSE;
   else
       {
   if (key==(*T)->data) /* 找到关键字等于key的数据元素 */ 
       return Delete(T);
   else if (key<(*T)->data)
       return DeleteBST(&(*T)->lchild,key);
   else
       return DeleteBST(&(*T)->rchild,key);
   
   }
   }
   
   /* 从二叉排序树中删除结点p，并重接它的左或右子树。 */
   Status Delete(BiTree *p)
   {
   BiTree q,s;
   if((*p)->rchild==NULL) /* 右子树空则只需重接它的左子树（待删结点是叶子也走此分支) */
   {
   q=*p; *p=(*p)->lchild; free(q);
   }
   else if((*p)->lchild==NULL) /* 只需重接它的右子树 */
   {
       q=*p; *p=(*p)->rchild; free(q);
   }
   else /* 左右子树均不空 */
   {
   q=*p; s=(*p)->lchild;
   while(s->rchild) /* 转左，然后向右到尽头（找待删结点的前驱） */
   {
       q=s;
       s=s->rchild;
   }
   (*p)->data=s->data; /*  s指向被删结点的直接前驱（将被删结点前驱的值取代被删结点的值） */
   if(q!=*p)
       q->rchild=s->lchild; /*  重接q的右子树 */ 
   else
       q->lchild=s->lchild; /*  重接q的左子树 */
   free(s);
   }
   return TRUE;
   }
   

性能分析

二叉排序树的查找长度与二叉树的形态有关，即

最好：log2n（形态均匀，与二分查找的判定树相似）

最坏：（n+1）/2（单支数）

改善：

所以为了改善查找效率就引入我们接下来要学习的一种更优良的树—-平衡二叉树