樹結構中,結點總數(包括根和葉子)=邊數(等于度)+1
1.二叉樹 性質1:對任何一顆二叉樹T,如果其終端節點數為n0,度為2的節點數為n2,則n0 = n2+1; 性質2:具有n個結點的完全二叉樹的深度為|log2 (n)|+1
二叉樹進行層次周遊,應借助一個隊列,二叉樹的先序、中序、後序的非遞歸周遊需要用到棧。
(1)完全二叉樹 一、葉子結點隻可能在最大的兩層上出現,對任意結點,若其右分支下的子孫最大層次為L,則其左分支下的子孫的最大層次必為L 或 L+1;
完全二叉樹的存儲結構通常采用順序存儲結構。 完全二叉樹中,非葉子結點頂多沒有右孩子,沒有左孩子的話,就表示沒有子節點。
對完全二叉樹的編号是由上而下,由左而右進行的,是以若某節點無左孩子,則必然無右孩子。即為葉子結點。
二、出于簡便起見,完全二叉樹通常采用數組而不是連結清單存儲,其存儲結構如下:
var tree:array[1..n]of longint;{n:integer;n>=1}
對于tree[i],有如下特點:
(1)若i為奇數且i>1,那麼tree[i]的左兄弟為tree[i-1];
(2)若i為偶數且i<n,那麼tree[i]的右兄弟為tree[i+1];
(3)若i>1,tree[i]的雙親為tree[i div 2];
(4)若2*i<=n,那麼tree[i]的左孩子為tree[2*i];若2*i+1<=n,那麼tree[i]的右孩子為tree[2*i+1];
(5)若i>n div 2,那麼tree[i]為葉子結點(對應于(3));
(6)若i<(n-1) div 2.那麼tree[i]必有兩個孩子(對應于(4))。
特别地:滿二叉樹一定是完全二叉樹,完全二叉樹不一定是滿二叉樹
完全二叉樹葉子節點的算法
如果一棵具有n個結點的深度為k的二叉樹,它的每一個結點都與深度為k的滿二叉樹中編号為1~n的結點一一對應,這棵二叉樹稱為完全二叉樹。
可以根據公式進行推導,假設n0是度為0的結點總數(即葉子結點數),n1是度為1的結點總數,n2是度為2的結點總數,由二叉樹的性質可 知:n0=n2+1,則n= n0+n1+n2(其中n為完全二叉樹的結點總數),由上述公式把n2消去得:n= 2n0+n1-1,由于完全二叉樹中度為1的結點數隻有兩種可能0或1,由此得到n0=(n+1)/2或n0=n/2,合并成一個公式:n0=(n+1) /2 ,就可根據完全二叉樹的結點總數計算出葉子結點數。
哈夫曼樹是一種最優二叉樹,利用哈夫曼樹尋找一顆最佳判定樹,即總的比較次數最少的判定樹。 是以,哈夫曼樹中不存在結點度為1的結點。 哈夫曼樹不是滿二叉樹,是正則二叉樹(也叫正規二叉樹),其中隻有度為0和度為2的結點,因為n0 = n2 + 1,是以n個葉子的正則二叉樹自然隻有2n-1個結點。至于滿二叉樹當然也是正則二叉樹的特例。
二叉連結清單 性質1:在n個結點的二叉連結清單中,有n+1個空指針域 利用中序周遊,并結合先序周遊或後序周遊就能重新構造二叉樹(單一周遊序列無法構造 二叉樹)。
2.AVL平衡二叉樹 定義:平衡二叉樹或為空樹,或為如下性質的二叉排序樹:
(1)左右子樹深度之差的絕對值不超過1;
(2)左右子樹仍然為平衡二叉樹.
平衡因子BF=左子樹深度-右子樹深度.
平衡二叉樹每個結點的平衡因子隻能是1,0,-1。若其絕對值超過1,則該二叉排序樹就是不平衡的。
構造與調整方法平衡二叉樹的常用算法有紅黑樹、AVL、Treap、伸展等。最小平衡二叉樹的節點公式如下:F(n) = F(n-1)+F(n-2)+1.
平衡二叉樹的缺點: 插入和删除運算變得複雜化,進而降低了他們的運算速度。
平衡二叉樹的時間複雜度是log(n),如果二叉樹的元素個數為n,那麼不管是對樹進行插入節點、查找、删除節點都是log(n)次循環調用就可以了。它的時間複雜度相對于其他資料結構如數組等是最優的。
3.RBT紅黑樹 AVL是嚴格平衡樹,是以在增加或者删除節點的時候,根據不同情況,旋轉的次數比紅黑樹要多;
紅黑是弱平衡的,用非嚴格的平衡來換取增删節點時候旋轉次數的降低;
是以簡單說,搜尋的次數遠遠大于插入和删除,那麼選擇AVL樹,如果搜尋,插入删除次數幾乎差不多,應該選擇RB樹。
紅黑樹上每個結點内含五個域,color,key,left,right,p。如果相應的指針域沒有,則設為NIL。
一般的,紅黑樹,滿足以下性質,即隻有滿足以下全部性質的樹,我們才稱之為紅黑樹:
1)每個結點要麼是紅的,要麼是黑的。
2)根結點是黑的。
3)每個葉結點,即空結點(NIL)是黑的。
4)如果一個結點是紅的,那麼它的倆個兒子都是黑的。
5)對每個結點,從該結點到其子孫結點的所有路徑上包含相同數目的黑結點。
紅黑樹插入操作的平均時間複雜度為O(logn),最壞時間複雜度為O(logn);
4.B-樹
是一種平衡多路搜尋樹(并不是二叉的):
1.定義任意非葉子結點最多隻有M個兒子;且M>2;
2.根結點的兒子數為[2, M];
3.除根結點以外的非葉子結點的兒子數為[M/2, M];
4.每個結點存放至少M/2-1(取上整)和至多M-1個關鍵字;(至少2個關鍵字)
5.非葉子結點的關鍵字個數=指向兒子的指針個數-1;
6.非葉子結點的關鍵字:K[1], K[2], …, K[M-1];且K[i] < K[i+1];
7.非葉子結點的指針:P[1], P[2], …, P[M];其中P[1]指向關鍵字小于K[1]的
子樹,P[M]指向關鍵字大于K[M-1]的子樹,其它P[i]指向關鍵字屬于(K[i-1], K[i])的子樹;
8.所有葉子結點位于同一層;
5.B+樹
B+樹是B-樹的變體,也是一種多路搜尋樹:
1.其定義基本與B-樹同,除了:
2.非葉子結點的子樹指針與關鍵字個數相同;
3.非葉子結點的子樹指針P[i],指向關鍵字值屬于[K[i], K[i+1])的子樹
(B-樹是開區間);
5.為所有葉子結點增加一個鍊指針;
6.所有關鍵字都在葉子結點出現;
如:(M=3)
B+的搜尋與B-樹也基本相同,差別是B+樹隻有達到葉子結點才命中(B-樹可以在
非葉子結點命中),其性能也等價于在關鍵字全集做一次二分查找;
B+的特性:
1.所有關鍵字都出現在葉子結點的連結清單中(稠密索引),且連結清單中的關鍵字恰好
是有序的;
2.不可能在非葉子結點命中;
3.非葉子結點相當于是葉子結點的索引(稀疏索引),葉子結點相當于是存儲
(關鍵字)資料的資料層;
4.更适合檔案索引系統;比如對已經建立索引的資料庫記錄,查找10<=id<=20,那麼隻要通過根節點搜尋到id=10的葉節點,之後隻要根據葉節點的連結清單找到第一個大于20的就行了,比B-樹在查找10到20内的每一個時每次都從根節點出發查找提高了不少效率。
B+樹插入操作的平均時間複雜度O(logn),最壞時間複雜度為O(logn);