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遍历概念
所谓遍历(Traversal)是指沿着某条搜索路线,依次对树中每个结点均做一次且仅做一次访问。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。
遍历是二叉树上最重要的运算之一,是二叉树上进行其它运算之基础。
遍历方案
1.遍历方案
从二叉树的递归定义可知,一棵非空的二叉树由根结点及左、右子树这三个基本部分组成。因此,在任一给定结点上,可以按某种次序执行三个操作:
(1)访问结点本身(N),
(2)遍历该结点的左子树(L),
(3)遍历该结点的右子树(R)。
以上三种操作有六种执行次序:
NLR、LNR、LRN、NRL、RNL、RLN。
注意:
前三种次序与后三种次序对称,故只讨论先左后右的前三种次序。
2.三种遍历的命名
根据访问结点操作发生位置命名:
① NLR:前序遍历(PreorderTraversal亦称(先序遍历))
——访问结点的操作发生在遍历其左右子树之前。
② LNR:中序遍历(InorderTraversal)
——访问结点的操作发生在遍历其左右子树之中(间)。
③ LRN:后序遍历(PostorderTraversal)
——访问结点的操作发生在遍历其左右子树之后。
注意:
由于被访问的结点必是某子树的根,所以N(Node)、L(Left subtlee)和R(Right subtree)又可解释为根、根的左子树和根的右子树。NLR、LNR和LRN分别又称为先根遍历、中根遍历和后根遍历。
遍历算法
1.中序遍历的递归算法定义:
若二叉树非空,则依次执行如下操作:
(1)遍历左子树;
(2)访问根结点;
(3)遍历右子树。
2.先序遍历的递归算法定义:
若二叉树非空,则依次执行如下操作:
(1) 访问根结点;
(2) 遍历左子树;
(3) 遍历右子树。
3.后序遍历得递归算法定义:
若二叉树非空,则依次执行如下操作:
(1)遍历左子树;
(2)遍历右子树;
(3)访问根结点。
4.中序遍历的算法实现
用二叉链表做为存储结构,中序遍历算法可描述为:
void InOrder(BinTree T)
{ //算法里①~⑥是为了说明执行过程加入的标号
① if(T) { // 如果二叉树非空
② InOrder(T->lchild);
③ printf("%c",T->data); // 访问结点
④ InOrder(T->rchild);
⑤ }
⑥ } // InOrder
线索二叉树概念
1.定义
n个结点的二叉链表中含有n+1个空指针域。利用二叉链表中的空指针域,存放指向结点在某种遍历次序下的前趋和后继结点的指针(这种附加的指针称为"线索")。
这种加上了线索的二叉链表称为线索链表,相应的二叉树称为线索二叉树(Threaded BinaryTree)。根据线索性质的不同,线索二叉树可分为前序线索二叉树、中序线索二叉树和后序线索二叉树三种。
注意:
线索链表解决了二叉链表找左、右孩子困难的问题,出现了无法直接找到该结点在某种遍历序列中的前趋和后继结点的问题。
2.线索链表的结点结构
线索链表中的结点结构为:
其中:
ltag和rtag是增加的两个标志域,用来区分结点的左、右指针域是指向其左、右孩子的指针,还是指向其前趋或后继的线索。
![](https://img.laitimes.com/img/9ZDMuAjOiMmIsIjOiQnIsIiZpdmLxQjL2UHaz9CX1h2cvwlYld3LcVmc1R3Y1JHdz9VY0FGZvwVZyF2dfV2cyV3bj9CXuNmLrpna65CduVGZ1R3cvw1LcpDc0RHaiojIsJye.gif)
3.线索二叉树的表示
【例】下面(a)图所示的中序线索二叉树,其线索链表如下面(b)图所示。
注意:
图中的实线表示指针,虚线表示线索。
结点C的左线索为空,表示C是中序序列的开始结点,无前趋;
结点E的右线索为空,表示E是中序序列的终端结点,无后继。
线索二叉树中,一个结点是叶结点的充要条件为:左、右标志均是1。
二叉树具有以下重要性质:
性质1 二叉树第i层上的结点数目最多为2i-1(i≥1)。
证明:用数学归纳法证明:
归纳基础:i=1时,有2i-1=20=1。因为第1层上只有一个根结点,所以命题成立。
归纳假设:假设对所有的j(1≤j<i)命题成立,即第j层上至多有2j-1个结点,证明j=i时命题亦成立。
归纳步骤:根据归纳假设,第i-1层上至多有2i-2个结点。由于二叉树的每个结点至多有两个孩子,故第i层上的结点数至多是第i-1层上的最大结点数的2倍。即j=i时,该层上至多有2×2i-2=2i-1个结点,故命题成立。
性质2 深度为k的二叉树至多有2k-1个结点(k≥1)。
证明:在具有相同深度的二叉树中,仅当每一层都含有最大结点数时,其树中结点数最多。因此利用性质1可得,深度为k的二叉树的结点数至多为:
20+21+…+2k-1=2k-1
故命题正确。
性质3 在任意-棵二叉树中,若终端结点的个数为n0,度为2的结点数为n2,则no=n2+1。
证明:因为二叉树中所有结点的度数均不大于2,所以结点总数(记为n)应等于0度结点数、1度结点(记为n1)和2度结点数之和:
n=no+n1+n2 (式子1)
另一方面,1度结点有一个孩子,2度结点有两个孩子,故二叉树中孩子结点总数是:
nl+2n2
树中只有根结点不是任何结点的孩子,故二叉树中的结点总数又可表示为:
n=n1+2n2+1 (式子2)
由式子1和式子2得到:
no=n2+1
满二叉树和完全二叉树是二叉树的两种特殊情形。
1、满二叉树(FullBinaryTree)
一棵深度为k且有2k-1个结点的二又树称为满二叉树。
满二叉树的特点:
(1) 每一层上的结点数都达到最大值。即对给定的高度,它是具有最多结点数的二叉树。
(2) 满二叉树中不存在度数为1的结点,每个分支结点均有两棵高度相同的子树,且树叶都在最下一层上。
2、完全二叉树(Complete BinaryTree)
若一棵二叉树至多只有最下面的两层上结点的度数可以小于2,并且最下一层上的结点都集中在该层最左边的若干位置上,则此二叉树称为完全二叉树。
特点:
(1) 满二叉树是完全二叉树,完全二叉树不一定是满二叉树。
(2) 在满二叉树的最下一层上,从最右边开始连续删去若干结点后得到的二叉树仍然是一棵完全二叉树。
(3) 在完全二叉树中,若某个结点没有左孩子,则它一定没有右孩子,即该结点必是叶结点。
【例】如图(c)中,结点F没有左孩子而有右孩子L,故它不是一棵完全二叉树。
【例】图(b)是一棵完全二叉树。
性质4 具有n个结点的完全二叉树的深度为
证明:设所求完全二叉树的深度为k。由完全二叉树定义可得:
深度为k得完全二叉树的前k-1层是深度为k-1的满二叉树,一共有2k-1-1个结点。
由于完全二叉树深度为k,故第k层上还有若干个结点,因此该完全二叉树的结点个数:
n>2k-1-1。
另一方面,由性质2可得:
n≤2k-1,
即:2k-1-l<n≤2k-1
由此可推出:2k-1≤n<2k,取对数后有:
k-1≤lgn<k
又因k-1和k是相邻的两个整数,故有
,
由此即得:
注意:
的证明【参见参考书目】
原文地址:http://student.zjzk.cn/course_ware/data_structure/web/shu/shu6.2.2.htm