【数据结构】树与二叉树(上)

目录

前言:

一、树:

1.树的概念:

2.树的相关概念:

3.树的表示:

4.书的实际使用场景:

二、二叉树:

1.二叉树的概念:

2.两种特殊二叉树:

①.满二叉树:

②.完全二叉树:

3.二叉树的性质:

4.二叉树的存储结构:

①顺序存储结构:

 ②链式存储结构:

总结:


前言:

        我们已经学习了顺序表和链表的相关知识点,并且我们也通过结合相关知识,实现了对栈和队列各项接口功能的实现。而今天开始,我们将进入树与二叉树的学习,介绍它们的相关概念、结构与使用的相关知识。这篇文章中,主要介绍和讲解树和二叉树的相关概念与结构。

一、树:

1.树的概念:

        这里说到的树,不是现实里的树,而是一种逻辑上类似树,同时具有许多分支的数据结构。

树是一种非线性的数据结构,他是由n(n>=0)个有限节点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做树是因为他看起来像一课倒挂的树,也就是说它是根朝上的,而叶朝下的。

①.有一个特殊的节点,称为根节点,根节点没有前驱节点。

②.除了根节点以外,其余节点被分成M(M>0)个互不相交的集合T1、T2、...Tm,其中每一个集合Ti(1<=i<=m)又是一颗结构与树类似的子树。每棵子树的根节点有且只有一个前驱,可以有0或者多个后继。

③.因此树是递归定义的。

【数据结构】树与二叉树(上)_第1张图片

 

        要特别注意,在树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构。

2.树的相关概念:

【数据结构】树与二叉树(上)_第2张图片

 

节点的度一个节点含有子树的的个数称之为该节点的度。如上图:A的度为4。

叶节点(终端节点)度为0的节点称为叶节点;如上图:F、G、H、I、J、K、L。

非终端节点(分支节点):度不为0的节点。如上图:B、C、D、E(根节点不算分支节点)

双亲节点(父节点):一个节点含有子节点,则这个节点称为其子节点的父节点如上图:A是B的节点,同时又是C、D、F节点的父节点。

(一个节点可以是多个节点的父节点。因为树结构不交叉的缘故,所以一个节点要么没有父节点要么只有一个父节点。)

孩子节点(子节点):一个节点含有子树的根节点称为该节点的子节点;如上图:B是A的子节点。

树的度一棵树中最大节点的度称为树的度;如上图:树的度为4.

节点的层次:从根开始定义起,根为第一层,根的子节点为第2层,以此类推。

树的高度(深度)树中节点的最大层次;如上图:书的高度为3。

堂兄弟节点:双亲在那个一层的节点互为堂兄弟;如上图:H根I互为兄弟节点;

节点的祖先:从根节点所经分支上的所有节点;如上图:是所有节点的祖先。

子孙:以某节点为根的子树中任一节点称为该节点的子孙。如上图:所有节点都是A的子孙。

森林由m(m>0)棵互不相交的树所组合的集合称为森林。

3.树的表示:

        关于树结构的相对线性表示相对比较复杂,尤其是树存储与表示比较麻烦,既要保存值域,也要保存节点和节点之间的关系。在我们实际使用中,树有很多中表示方式,例如:双亲表示法,孩子表示法,孩子双亲表示法以及孩子兄弟表示法等等。

        这里我们就简单看看最常用的孩子兄弟表示法:

typedef int Datatype
 struct Node
{
    struct Node* _firstchildel;//第一个孩子节点;
    struct Node* _pNextBrother;//指向其下一个兄弟节点
    Datatype _data;//节点中的数据
}

4.书的实际使用场景:

        树结构在实际使用中,常用于表示文件系统,族系谱等的梳妆目录结构。

二、二叉树:

1.二叉树的概念:

一棵二叉树是节点的一个有限集合,该集合:

①或者为空;

②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。

注意:

1.二叉树不存在度大于2的节点。

2.二叉树的子树由左右之分,次序不能颠倒,因此二叉树是有序树。

3.任意的二叉树都是由以下几种情况符合而成的:

【数据结构】树与二叉树(上)_第3张图片 

2.两种特殊二叉树:

        在所有树的二叉树中,还有两种结构特殊的二叉树,即满二叉树与完全二叉树。

①.满二叉树:

定义:一个二叉树,如果每一个层的节点个数都达到最大值,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是K,且节点总数是2^K-1,则它就是满二叉树。

②.完全二叉树:

定义:若二叉树的深度为h,除第h层外,其他各层的节点数都达到最大个数,且第h层所有的节点都连续集中在左边。

【数据结构】树与二叉树(上)_第4张图片

要注意的是满二叉树是一种特殊的完全二叉树。

3.二叉树的性质:

·若规定根节点的层数为1,则一颗非空二叉树的第X层上最多有2^(X-1)个节点,

·若规定根节点的层数为1,则深度为h的二叉树的最大节点数是2^h-1;

·对任何一颗二叉树,如果度为0且其叶节点个数为N,度为2的分支节点个数为n,则有N=n+1;

·若规定根节点的层数为1,具有n个节点的满二叉树的深度h=log2(n+1)。

·对于具有n个节点的完全二叉树,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的节点有:

①若i>0,i位置节点的双亲序号为(i-1)/2;i=0,i为根节点编号,无双亲节点。

②若2i>n,则节点i没有左孩子(节点i为叶子节点);否则其左孩子是节点2i。

③若2i+i>n,则节点i无右孩子,否则其右孩子是节点2i+1

4.二叉树的存储结构:

        二叉树在使用时一般有两种存储结构,分别是顺序存储结构与链式存储结构。而在本文中我们不对结构的具体实现做深究,后续会详细说明。

①顺序存储结构:

定义:顺序结构存储就是是哦那个数组来存储,一般使用数组只适合表示完全二叉树,因为若不是完全二叉树会存在空间的浪费。而在现实使用中只有堆才会使用数组来存储。二叉树顺序存储的物理上是一个数组,在逻辑上是一颗二叉树。

【数据结构】树与二叉树(上)_第5张图片

 

 ②链式存储结构:

定义:二叉树的链式存储结构是指用链表来表示一颗二叉树,也就是用链来表示元素的逻辑关系。通常的方法是链表中每个节点有三个域组成,数据域和左右指针域,左右指针分别用来表示左右孩子所在节点的存储地址。

【数据结构】树与二叉树(上)_第6张图片

 

总结:

        到这里,我们对树与二叉树有了一个认识,对二叉树的两种存储结构也有了一定的了解。本文中理论和概念的知识较多,只有将这些概念理解吸收,才能顺利的进入后面更加晦涩的知识学习。

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