二叉查找树即搜索二叉树,或者二叉排序树(BSTree),学习回顾一下有关的知识。
>>关于二叉查找树
二叉查找树(Binary Search Tree)是指一棵空树或者具有下列性质的二叉树:
1. 若任意节点的左子树不空,则左子树上所有节点的值均小于它的根节点的值;
2. 若任意节点的右子树不空,则右子树上所有节点的值均大于它的根节点的值;
3. 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树。
4. 没有键值相等的节点,这个特征很重要,可以帮助理解二叉排序树的很多操作。
二叉查找树具有很高的灵活性,对其优化可以生成平衡二叉树,红黑树等高效的查找和插入数据结构。
>>基本性质
(1)二叉查找树是一个递归的数据结构,对二叉查找树进行中序遍历,可以得到一个递增的有序序列。
(2)二叉查找树上基本操作的执行时间和树的高度成正比。
对一棵n个节点的完全二叉树来说,树的高度为lgn,这些操作的最坏情况运行时间为O(lg n),而如果是线性链表结构,这些操作的最坏运行时间是O(n)。
一棵随机构造的二叉查找树的期望高度为O(lg n),但实际中并不能总是保证二叉查找树是随机构造的,
有些二叉查找树的变形能保证各种基本操作的最坏情况性能,比如红黑树的高度为O(lg n),而B树对维护随机访问的二级存储器上的数据库特别有效。
注意对复杂度的理解,所谓的O(lg n)就是指复杂度是对数级别,是数量级的比较,和对数的底数其实没关系,
只要底数是大于1的,就是相同的数量级,有些书上说二叉查找树的复杂度是O(log2-n),指的是相同的时间复杂度。
>>前驱和后继节点
一个节点的后继是该节点的后一个,即比该节点键值稍大的节点。
给定一个二叉查找树中的节点,找出在中序遍历顺序下某个节点的前驱和后继。
如果树中所有关键字都不相同,则某一节点x的前驱就是小于key[x]的所有关键字中最大的那个节点,后继即是大于key[x]中的所有关键字中最小的那个节点。根据二叉查找树的结构和性质,不用对关键字做任何比较,就可以找到某个节点的前驱和后继。
>>查找、插入与删除
(1)查找
利用二叉查找树左小右大的性质,可以很容易实现查找任意值和最大/小值。
在二叉查找树中查找一个给定的关键字k的过程与二分查找很类似,
首先是关键字k与树根的关键字进行比较,如果k比根的关键字大,则在根的右子树中查找,否则在根的左子树中查找,重复此过程,直到找到与遇到空节点为止。
在二叉查找树中查找x的过程如下:
1.若二叉树是空树,则查找失败。
2.若x等于根节点的数据,则查找成功,否则。
3.若x小于根节点的数据,则递归查找其左子树,否则。
4.递归查找其右子树。
(2)插入
二叉树查找树b插入操作x的过程如下:
1.若b是空树,则直接将插入的节点作为根节点插入。
2.x等于b的根节点的数据的值,则直接返回,否则。
3.若x小于b的根节点的数据的值,则将x要插入的节点的位置改变为b的左子树,否则。
4.将x要出入的节点的位置改变为b的右子树。
(3)删除
假设从二叉查找树中删除给定的结点z,分三种情况讨论:
1.节点z为叶子节点,没有孩子节点,那么直接删除z,修改父节点的指针即可。
2.节点z只有一个子节点或者子树,将节点z删除,根据二叉查找树的性质,将z的父节点与子节点关联就可以了。
3.节点Z有两个子节点,删除Z该怎样将Z的父结点与这两个孩子结点关联呢?
在删去节点Z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。
这种情况下可以用Z的后继节点来替代Z。
实现方法就是将后继从二叉树中删除,将后继的数据覆盖到Z中。
>>代码实现
主要参考《数据结构与算法分析—Java语言实现》:
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