二叉树的线索化

Posted 2020-10-21 llguanli

二叉树的线索化

概念

二叉树的遍历是将二叉树中结点按一定规律线性化的过程。当以二叉链表作为存储结构时，仅仅能找到左右孩子信息，而不能直接得到结点在遍历序列中的前驱和后继信息。要得到这些信息有两个办法：1.将二叉树遍历一遍。在遍历过程中可得到前序和后继，2.充分利用二叉树中的空链表域。将遍历的过程中的结点的前驱和后继保存下来，实验证明另外一种方法更优。以下介绍第2种方法。

数据结构

在有n个结点的二叉树中。共同拥有2n个链表域。但仅仅有n-1个实用的非空链表域，其余n+1个都是空的，我们能够利用这n+1个链表域来存放遍历过程訪问的结点的前驱和后继。其结构例如以下图：

当中：
ltag = 0表示lchild指向结点的左孩子。ltag = 1表示lchild指向前驱；
rtag = 0表示rchild指向结点的右孩子。rtag = 1表示rchild指向后继；
在这样的存储结构中，指向前驱和后继结点的指针叫做线索，以这样的结构组成的二叉树为线索二叉树。

中序线索化

问题来了！！！为什么我们要选择中序线索化呢？例如以下图所看到的是一个二叉树的先序、中序、后序线索化过程。
二叉树的前序遍历顺序为：ABDG CEHF。假设用下划线来代表空链表域的话，则是：AB D _G C _ E _ H _ F
中序遍历顺序为:DGBAEHCF,假设用下划线来代表空链表域的话，则是：
D G _ B _ A _ E _ H _ C _ F _
后序遍历的顺序为：GDBAHEFC。假设用下划线来代表空链表域的话。则是：_ G _ D B A _ H _ _ E _ F _ C.
从先序、中序、后序线索化的过程中。能够大致看出，中序遍历的空链表域分布更均匀。在指向前驱和后继过程中更好，可是这也不是否能定前序的线索化和后序的线索化，还是依照二叉树的结构和特点以及使用场景来进行选择，在这里就仅仅说明中序线索化。

二叉树的线索化操作

二叉树的线索化操作（中序线索化）:
status InitBTree(BTree * BT)初始化建立二叉树；
void OnThread(BTree BT)二叉树线索化。
BTree FindPre(BTree BT)查找线索化结点的前驱;
BTree FindLast(BTree BT)查找线索化结点的后继；
BTree FindNode(BTree BT,char ch)查找指定结点位置；
status InsNode(BTree BT,char par,int pos, char value)线索化二叉树的插入一个结点；
BTree DelNode(BTree BT,char ch)；线索化二叉树删除一个结点。
(——————————-C语言实现———————————–)

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

#define ERROR 0
#define TRUE 1

typedef  int status;

typedef struct BTNode{
    char data;
    int ltag,rtag;  //标识
    struct BTNode *lchild,*rchild;
}BTNode, *BTree;

struct BTNode *pre = NULL;  //先前结点

/*初始化二叉树，建立二叉树*/
status InitBTree(BTree * BT){
    //前序建立二叉树
    char temp;
    scanf("%c",&temp);
    if(temp == ‘.‘)(*BT) = NULL;
    else{
        (*BT) = (BTree)malloc(sizeof(BTNode));
        (*BT)->data = temp;
        (*BT)->lchild = NULL;(*BT)->rchild = NULL;
        (*BT)->ltag = 0;(*BT)->rtag = 0;

        InitBTree(&(*BT)->lchild);
        InitBTree(&(*BT)->rchild);
    }
    return TRUE;
}

//二叉树线索化
void OnThread(BTree BT){
    //因为二叉树的中序遍历过程中，左右孩子为空的位置分布较为均匀。所以二叉树线索化是二叉树的中序的悬索化
    //二叉树的 线索化是将树形结构转化为线性结构
    if(BT!=NULL){
        OnThread(BT->lchild);
            if(pre!= NULL && pre->rchild ==NULL){
                pre->rtag = 1;
                pre->rchild = BT;
            }
            if(BT->lchild == NULL){
                if(pre !=NULL){
                    BT->ltag = 1;
                    BT->lchild = pre;
                }
            }

        pre = BT;
        OnThread(BT->rchild);
    }
}

void PrintTree(BTree BT, int nLayer){ //打印二叉树竖型结构
    int i = 0;
    if(BT == NULL)return;
    PrintTree(BT->rchild,nLayer +1);
    for(i = 0; i<nLayer;i++){
        printf("  ");
    }
    printf("%c\n",BT->data);
    PrintTree(BT->lchild,nLayer +1);
}

BTree FindPre(BTree BT){  //查找结点的前驱
    BTree p = NULL;
    if(BT!=NULL){
        if(BT->lchild ==NULL)return NULL;  //前驱结点为空
        else if(BT->lchild!=NULL && BT->ltag ==1)return BT->lchild;
        else if(BT->lchild != NULL && BT->ltag == 0){
            p = BT;
            while(p->rchild !=NULL && p->rtag !=1)p = p->rchild;
            return p;
        }
    }
    return NULL;
}

BTree FindLast(BTree BT){ //查找结点后继
    BTree p = NULL;
    if(BT!=NULL){
        if(BT->rchild ==NULL)return NULL;
        else if(BT->rchild !=NULL && BT->rtag ==1)return BT->rchild;
        else if(BT->rchild !=NULL && BT->rtag == 0){
            p = BT->rchild;
            while(p->lchild != NULL && p->ltag ==0)p = p->lchild;
            return p;
        }
    }
    return NULL;
}

BTree FindNode(BTree BT,char ch){  //查找当前节点
        BTree p = NULL;
    if(BT!=NULL){
        if(BT->lchild != NULL){
            p = BT->lchild;
            while(p->lchild !=NULL)p = p->lchild;  //找到线头
        }else if(BT->lchild ==NULL){  //仅仅有右子树
            p = BT;
        }
            while(p!=NULL){
                if(p->data == ch)return p;
                p = FindLast(p);
        }
    }
    return NULL;
}

BTree FindParent(BTree BT,BTree p1){  //查找当前节点
        BTree p = NULL;
    if(BT!=NULL){
        if(BT->lchild != NULL){
            p = BT->lchild;
            while(p->lchild !=NULL)p = p->lchild;  //找到线头
        }else if(BT->lchild ==NULL){  //仅仅有右子树
            p = BT;
        }
            while(p!=NULL){
                if((p->lchild == p1 && p->ltag ==0) || (p->rchild == p1 && p->rtag ==0))return p;
                p = FindLast(p);
        }
    }
    return NULL;
}

status InsNode(BTree BT,char par,int pos, char value){  //par父节点data，pos代表插入的左边还是右边0代表左边，1代表右边
    BTree s = NULL,last = NULL,pre1 = NULL;
    BTree parent = FindNode(BT,par);
    if(parent == NULL){
        printf("插入位置不存在...");
        return ERROR;
    }

    if(pos == 1){  //插入右子树
        s = (BTree)malloc(sizeof(BTNode));

        if(parent->rtag == 1){  //假设右子树为空
            s->data = value;
            s->ltag = 1;s->lchild = parent;
            s->rtag = parent->rtag;
            s->rchild = parent->rchild;
            parent->rtag = 0;
            parent->rchild = s;
        }else if(parent->rtag ==0){  //右子树不为空
            if(parent->rchild == NULL){
                s->data = value;
                parent->rchild = s;
                s->rtag = 0;s->rchild = NULL;
                s->ltag = 1;s->lchild = parent;
                return TRUE;
            }
            last = FindLast(parent);  //查找到父节点直接后继
            printf("后继结点:%c\n",last->data);
            if(last!=NULL){
                s->data = value;
                s->rtag = 0; s->rchild = parent->rchild;
                parent->rchild = s;
                s->ltag = 1;s->lchild = parent;
                last->lchild = s;
            }
        }
    }else if(pos == 0){  //插入左子树
        s = (BTree)malloc(sizeof(BTNode));
        if(parent->ltag ==1){  //假设左子树为空
            s->data = value;
            s->ltag = parent->ltag;s->lchild = parent->lchild;
            parent->ltag = 0;
            s->rtag = 1; s->rchild = parent;
        }else if(parent->ltag ==0){
            if(parent->lchild == NULL){
                s->data = value;
                parent->lchild = s;
                s->ltag = 0;s->lchild = NULL;
                s->rtag = 1;s->rchild = parent;
                return TRUE;
            }
            pre1 = FindPre(parent);
            s->data = value;
            s->ltag = parent->ltag;
            s->lchild = parent->lchild;
            parent->lchild = s;

            s->rtag = 1;
            s->rchild = parent;
            pre1->rchild = s;
        }
    }
    return TRUE;
}


BTree DelNode(BTree BT,char ch){  //删除结点
    BTree parent = NULL,p = NULL,temp = NULL,temp1 = NULL;
    p = FindNode(BT,ch);
    if(p == NULL){
        printf("二叉树无此结点\n");
        return ERROR;
    }
    parent = FindParent(BT,p);
    if(parent == NULL){ //删除根结点，顶点
        temp = FindPre(p);  //找到根节点的先驱
        temp->rtag = 0;temp->rchild = p->rchild;
        if(p->rchild->ltag == 1)p->lchild = temp;

        temp1 = BT->lchild;
        free(BT);
        return temp1;
    }else if(p->ltag == 1 && p->rtag == 1){
        if(parent->lchild == p){
            parent->ltag = p->ltag;
            parent->lchild = p->lchild;
        }else if(parent->rchild == p){
            parent->rtag = p->rtag;
            parent->rchild = p->rchild;
        }
        return BT;
    }else if(p->ltag  == 0 && p->rtag ==0){  //有左右子树
        if(parent->rchild == p){
            temp = FindPre(p);
            parent->rchild = p->lchild;
            temp->rtag = 0;temp->rchild = p->rchild;
            free(p);
        }else if(parent->lchild == p){
            temp = FindLast(p);
            parent->lchild = p->rchild;
            temp->ltag = 0;temp->lchild = p->lchild;
            free(p);
        }
    }
    return BT;

}
void OnOrder(BTree BT){ //遍历

    BTree p = NULL;
    printf("线索化的遍历:\n");
    if(BT!=NULL){
        if(BT->lchild != NULL){
            p = BT;
            while(p->lchild !=NULL && p->ltag ==0)p = p->lchild;  //找到线头
        }else if(BT->lchild ==NULL){  //仅仅有右子树
            p = BT;
        }
            while(p!=NULL){
                printf("%c",p->data);
                p = FindLast(p);
        }
    }
    printf("\n");
}

/*主函数*/
void main(){
    BTree BT = NULL;  //初始化
    BTree temp1 = NULL;
    char input;
    printf("请输入前序二叉树,空结点以.表示:\n");
    InitBTree(&BT);  //建立二叉树
    getchar();

    printf("打印二叉树的树形结构:\n");
    PrintTree(BT,1);  //

    OnThread(BT); //线索化二叉树
    OnOrder(BT);  //依据线索遍历

    //查找某一节点
    printf("请输入要查找的字符:");
    scanf("%c",&input);
    getchar();
    temp1 = FindNode(BT,input);
    if(temp1 ==NULL)printf("查找失败...\n");
    else printf("查找到%c\n",temp1->data);

    InsNode(BT,‘B‘,0,‘K‘);
    printf("插入后遍历:\n");
    OnOrder(BT);  //依据线索遍历
}