go语言实现二叉搜索树
整理：张帅 博客 : one8.one
基本概念介绍
树(tree) : 一种分层的数据结构，类比家谱
二叉搜索树（binary tree）： 左节点的值均小于有节点的二叉树
深度（depth）：从 root根结点到当前节点唯一路径的长度
高度（height）：从当前节点到一片树叶最长的路径的长度
根（root）：深度为0的树节点
内部节点（internal node）：至少有一个字节点的节点
树叶节点（leaf）：无字节点的节点
兄弟节点（sibling）：拥有相同父节点的字节点波、
应用
文件系统和数据库系统一般都采用树（特别是B树）的数据结构数据，主要为排序和检索的效率。二叉树是一种最基本最典型的排序树，对于学习和研究树的特性，但是本身很少在实际中进行应用。就像冒泡排序一样，二叉树因为效率问题并不实用。
二叉树的常用操作
Insert（v） //向二叉树的合适位置插入节点Remove(v). // 移除树中所有值为v的节点Search(v) //检查值为v的元素是否在树中Min(). //获取二叉树中最小的值Max() //获取二叉树中最大的值InOrderTraverse() //中序遍历树PreOrderTraverse() //先序遍历树PostOrderTraverse() //后序遍历树String() //在命令行格式化打印出二叉树
同样适用genny提供代码的复用性，树类型命名为：ItemBinarySearchTree,树节点的结构体定义如下：
在命令端使用
go get "github.com/cheekybits/genny/generic"
命令获取这个包
import (
"fmt"
"sync"
"github.com/cheekybits/genny/generic"
)
type Item generic.Type //generic.Type 为"github.com/cheekybits/genny/generic"这个包下面的一个空接口类型，type为generic.Type起别名为Item
type Node struct{
key int //中序遍历的节点序号
value Item //节点存储的值
left *Node //左节点
right *Node //右面节点
}插入操作与遍历
插入操作需要使用到递归，插入操作需要从上到下的查找新节点在树中合适的位置，新节点的值小于任意节点，则向左子树继续寻找，同理向右子树寻找，直到树叶节点再插入。
遍历操作有三种方式：
中序遍历（in-order）：左子树（L）–>根节点(D）–>右树（R）1->2->3->4->5->6->7->8->9->10- >11 （LDR）
先序遍历（pre-order）：根节点（D）–>左子树（L）–>右树（R） 8->4->2->1->3->6->5->7 >10->9- >11。（DLR）
后序遍历（pre-order）：左子树(L)–>右子树（R）–>根节点（D） 8->4->2->1->3->6->5->7 >10->9- >11 （LRD）
根据根节点的位置来看是什么序列遍历
String() 可视化树结构
代码实现
Insert
//向二叉树合适的位置插入节点
func (tree *ItemBinarySearchTree) Insert(key int, value Item) {
//为了确保操作二叉树的数据安全，对数据操作进行读写上锁
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
newNode := &Node{key, value, nil, nil}
//如果当前的树为空，那么插入的节点作为根节点
if tree.root == nil {
tree.root = newNode
} else {
//调用下面的插入函数，另起一个方法
insertNode(tree.root, newNode)
}
}
//找到合适的位置
func insertNode(node, newNode *Node) {
//当新节点的值小于节点的值的时候，应该插入到节点的左侧
if newNode.key < node.key {
//如果旧节点左侧没有节点，那么旧节点直接赋值新节点
if node.left == nil {
node.left = newNode
} else {
//否则将左节点作为老节点，继续寻找左节点的左节点
insertNode(node.left, newNode)
}
} else {
//与上面同理
if node.right == nil {
node.right = newNode
} else {
insertNode(node.right, newNode)
}
}
}Search
//检查key的元素是否存在
func (tree *ItemBinarySearchTree) Search(key int) bool {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
return search(tree.root, key)
}
func search(node *Node, key int) bool {
if node == nil {
return false
}
//如果key的值小于节点的值，那么应该插入到左子树
if key < node.key {
//将左子树作为新节点，继续查询
return search(node.left, key)
}
// 如果key的值大于节点的值，那么应该插入右子树
if key > node.key {
//将右子树作为新节点，继续查询
return search(node.right, key)
}
//如果当前key的值==node.key 返回true
return true
}
Remove
删除节点的流程
先递归查找，再删除节点。但是在删除时需要根据节点拥有子节点的数量，分如下3中情况：
代码实现
func (tree *ItemBinarySearchTree) remove(key int) {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
remove(tree.root, key)
}
func remove(node *Node, key int) *Node {
if node == nil {
return nil
}
// 如果key< node.key 则向左寻找
if key < node.key {
// 将左节点作为新节点递归继续寻找
node.left = remove(node.left, key)
return node
}
// 如果key> node.key 则向右寻找
if key > node.key {
// 将右节点作为新节点递归继续寻找
node.right = remove(node.right, key)
return node
}
//如果key==node.key 判断node有没有左右子树，如果没有，则直接删除
if node.left == nil && node.right == nil {
node = nil
return node
}
//如果key==node.key 判断node有没有左右子树，如果有右子树，则将右子树直接赋值给当前节点，完成覆盖删除
if node.left == nil {
node = node.right
return node
}
//如果key==node.key 判断node有没有左右子树，如果有右子树，则将右子树直接赋值给当前节点，完成覆盖删除
if node.right == nil {
node = node.left
return node
}
mostLeftMode := node.right
// 要删除的节点有2个字节点，找到右子树的最左节点，替换当前节点
for {
//一直遍历找到最左节点
if mostLeftMode != nil && mostLeftMode.left != nil {
mostLeftMode = mostLeftMode.left
} else {
break
}
}
// 使用右子树的最左节点替换当前的节点，即删除当前节点
node.key, node.value = mostLeftMode.key,mostLeftMode.value
node.right = remove(node.right, node.key)
return node
}
Max
//获取最大节点即为二叉树最右节点，根据二叉树的性质
func (tree *ItemBinarySearchTree) Max() *Item {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
node := tree.root
if node == nil {
return nil
}
for {
if node.right == nil {
return &node.value
}
node = node.right
}
}
Min
// 根据二叉树的性质,获取最大节点即为二叉树最右节点
func (tree *ItemBinarySearchTree) Min() *Item {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
node := tree.root
if node == nil {
return nil
}
for {
if node.left == nil {
return &node.value
} else {
node = node.left
}
}
}
Traverse
// 先序遍历：根节点 -> 左子树 ->右子树
func (tree *ItemBinarySearchTree) PreOrderTraverse(printFunc func(Item)) {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
preOrderTraverse(tree.root, printFunc)
}
func preOrderTraverse(node *Node, printFunc func(Item)) {
if node != nil {
//先打印根节点
printFunc(node.value)
//然后递归调用自己，将左节点作为新节点，打印
preOrderTraverse(node.left, printFunc)
//然后递归调用自己，将右节点作为新节点，打印
preOrderTraverse(node.right, printFunc)
}
}
// 中序遍历： 左子树 ->根节点 ->右子树
func (tree *ItemBinarySearchTree) PostOrderTraverse(printFunc func(Item)) {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
postOrderTraverse(tree.root, printFunc)
}
func postOrderTraverse(node *Node, printFunc func(Item)) {
if node != nil {
//递归调用自己，将左节点作为新节点，打印
preOrderTraverse(node.left, printFunc)
//打印根节点
printFunc(node.value)
//递归调用自己，将右节点作为新节点，打印
preOrderTraverse(node.right, printFunc)
}
}
// 后序遍历： 左子树 ->右子树->根节点
func (tree *ItemBinarySearchTree) InOrderTraverse(printFunc func(Item)) {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
inOrderTraverse(tree.root, printFunc)
}
func inOrderTraverse(node *Node, printFunc func(Item)) {
if node != nil {
//递归调用自己，将左节点作为新节点，打印
preOrderTraverse(node.left, printFunc)
//递归调用自己，将右节点作为新节点，打印
preOrderTraverse(node.right, printFunc)
//打印根节点
printFunc(node.value)
}
}
String
//后序遍历打印树的结构
func (tree *ItemBinarySearchTree) String() {
tree.lock.Lock()
defer tree.lock.Unlock()
if tree.root == nil {
println("Tree is empty")
return
}
stringify(tree.root, 0)
println("----------------------------")
}
func stringify(node *Node, level int) {
if node == nil {
return
}
format := ""
for i := 0; i < level; i++ {
format += "\t" // 根据节点的深度决定缩进长度
}
format += "----[ "
level++
// 先递归打印左子树
stringify(node.left, level)
// 打印值
fmt.Printf(format+"%d\n", node.key)
//再递归打印右子树
stringify(node.right, level)
}
总结
对于二叉树的操作，增删查都与递归相关，所以实现的时候一定要分析清楚递归的终止条件，在正确的条件下return，避开死循环。