数据结构之二叉树

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一、树的结构及概念

1.树的概念
树是一种非线性的数据结构,它是由n(n>=0)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做树是因为它看起来像一棵倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。
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这是一个简单的树(画图板不太会用,我下去努力学)
每一颗数都是由根+多个子树构成的,没有子树是空树
树与非树?
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1.子树是不相交的(树中没有环)
2.除了根结点外,每个节点有且仅有一个父节点。
树的必备知识
(1)结点的度:一个节点含有的子树的个数称为该节点的度;如上图:A的为6,即B、C、D、E、F、G。

(2)叶结点:度为0的节点称为叶结点;如上图:B、C、H、I…等为叶结点。

(3)双亲结点或父结点:若一个节点含有子结点,则这个结点称为其子结点的父结点;如上图:A是B的父结点。

(4)孩子结点或子结点:一个结点含有的子树的根结点称为该结点的子结点。

(5)兄弟结点:具有相同父结点的结点互称为兄弟结点。
(6)树的度:一棵树中,最大的节点的度称为树的度。
(7)结点的层次:从根开始定义起,根为第1层,根的子结点为第2层,以此类推。

(8)树的高度或深度:树中结点的最大层次

(9)节点的祖先:从根到某一结点所经分支上的所有结点。
(10)子孙:以某节点为根的子树中任一节点都称为该节点的子孙。如上图:所有节点都是A的子孙。

(11)森林:多棵互不相交的树的集合称为森林。

树的表示

树并没有规定他有多少个孩子。

struct TreeNode
{
    
      
	int val;
	struct TreeNode* child1;
	struct TreeNode* child2;
	struct TreeNode* child3;
	...
};

左孩子右兄弟表示法

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这个方法的优点是,无论树中一个节点有多少个孩子,都可以表示,因为我只指向第一个孩子,剩下的孩子,让孩子之间用兄弟指针串起来。
还有一种双亲表示法,每个值存双亲的下标,不实用。

二、二叉树的概念及结构

概念:一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合或者为空,或者是由一个根节点加上两棵别称为左子树和右子树的二叉树组成。
二叉树的特点:

  1. 每个结点最多有两棵子树,即二叉树不存在度大于2的结点。
  2. 二叉树的子树有左右之分,其子树的次序不能颠倒。

特殊的二叉树

  1. 满二叉树:一个二叉树,如果每一个层的结点数都达到最大值,则这个二叉树就是满二叉树。也就是说,如果一个二叉树的层数为K,且结点总数是(2^k) -1 ,则它就是满二叉树。
  2. 完全二叉树:完全二叉树是效率很高的数据结构,完全二叉树是由满二叉树而引出来的。对于深度为K的,有n个结点的二叉树,当且仅当其每一个结点都与深度为K的满二叉树中编号从1至n的结点一一对应时称之为完全二叉树。 要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉树。
    在这里插入图片描述
    如果一个满二叉树有N个节点,那么他的高数是多少
    2^k-1=N
    k=log2n+1
    完全二叉树的特点
    前k-1层都是满的,最后一层可以不满,但从左到右都是连续的

二叉树的性质

  1. 若规定根节点的层数为1,则一棵非空二叉树的第i层上最多有2^(i-1) 个结点.
  2. 若规定根节点的层数为1,则深度为h的二叉树的最大结点数是2^h- 1.
  3. 对任何一棵二叉树, 如果度为0其叶结点个数为 n0, 度为2的分支结点个数为 n2,则有n0=n2+1
  4. 若规定根节点的层数为1,具有n个结点的满二叉树的深度,h=Log2(n+1). (ps:Log2(n+1)是log以2为底,n+1为对数)
  5. 对于具有n个结点的完全二叉树,如果按照从上至下从左至右的数组顺序对所有节点从0开始编号,则对于序号为i的结点有:
  6. 若i>0,i位置节点的双亲序号:(i-1)/2;i=0,i为根节点编号,无双亲节点
  7. 若2i+1<n,左孩子序号:2i+1,2i+1>=n否则无左孩子
  8. 若2i+2<n,右孩子序号:2i+2,2i+2>=n否则无右孩子

三、堆–完全二叉树

堆分为大根堆和小根堆
小根堆:父亲小于等于孩子
大根堆:父亲大于等于孩子
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堆能总结出一个公式:
假设父亲的下标是parent
leftchild=parent2+1
rightchild=parent
2+2
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特点:左子树和右子树恰好是小堆,但整体不是小堆。
向下调整算法方法:
1.选出左右孩子中小的那一个
2.小的这个孩子跟父亲比
a、如果小的孩子比父亲小,则跟父亲交换,并且把原来孩子的位置当成父亲继续往下调整。
b、如果小的孩子比父亲大,则不需要处理,调整完成,整个树已经是小堆。
排升序,建大堆还是小堆呢? 大堆
升序?为什么不能建小堆呢?
首先建堆选出一个最小的数,剩下的数父子关系全乱了,效率太低。