数据结构-二叉查找树(BST)

二叉查找树

需要满足这些规则：

• 左子节点小于父节点
• 右子节点大于父节点

注意：BST的左侧的任意值，都不会大于右侧的

查找的效率

非常好，每次都能根据大小去舍弃另一半的分支，极大的减少的比对次数

具体的性能，取决于树的层数和平衡程度。

BST树的节点

struct Node
{
	Node* parent;
	Node* left;
	Node* right;
	int val;
}

BST的插入

bool Insert(Node* root,Node* newNode)
{
	Node* head =nullptr;
	if(root==nullptr)
	{
		*root = *newNode;
		return true;
	}
	
	Node* current = root;
	while(current!=nullptr)
	{
		if(newNode->val==current->val) return nullptr;
		else if(newNode->val>current->val) 
		{
			if(current->right==nullptr)
			{
				current->right = newNode;
				newNode->parent = current;
			}
			current = current->right;
		}
		else if(newNode->val<current->val)
		{
			if(current->left==nullptr)
			{
				current->left = newNode;
				newNode->parent = current;
			}
			current = current->left;
		}
	}
	return head;
}

BST查找

Node* Search(Node* root, int target)
{
    Node* current = root;
    while (current != nullptr)
    {
        if (target == current->val)
        {
            return current; // 找到目标节点，返回它
        }
        else if (target < current->val)
        {
            current = current->left; // 目标值较小，向左子树查找
        }
        else
        {
            current = current->right; // 目标值较大，向右子树查找
        }
    }
    return nullptr; // 未找到目标节点
}

BST删除

BST的删除比较复杂，需要先了解二叉树的遍历顺序
《二叉树》

二叉树的前驱和后继是按中序遍历计算的，L称为前驱，R为后继。

1. 如果一个树没有子节点，直接删除
2. 如果一个树只有一个子节点，删除当前节点并把子节点补到这个位置
3. 如果有两个子节点 ，操作复杂，进行以下操作
   • 找到被删除的节点的左子树最大值或右子树最小值
   • 我们选中右最小或者选中左最大
   • 我们将这个选中的节点的子树连接在选中的节点的父节点
   • 将选中节点替换到删除节点，并持有被删除节点的左右子树

//查找子树最大值
Node* FindMax(Node* node)
{
	Node* current = node;
	while(current!=nullptr)
	{
		current = current->right;
	}
	return current;
}
Node* FindMin(Node* node)
{
	Node* current = node;
	while(current!=nullptr)
	{
		current = current->left;
	}
	return current;
}

//需要先搜索找出被删除节点的指针
Node* DeleteNode(Node* root,Node* target)
{
	//删除根节点，返回空指针
	if(root==target)
	{
		return nullptr;
	}
	//子节点不存在，将当前节点从父节点上移除
	if(target->left==nullptr&&target->right==nullptr)
	{
		target->parent = nullptr;
	}
	//一个子节点为空，左子节点为空
	else if(target->left==nullptr)
	{
		if(target==target->parent->left)
		{
			target->parent->left = target->right;
			target->right->parent = target->parent; 
		}
		else
		{
			target->parent->right = target->right;
			target->right->parent = target->parent;
		}
	}
	else if(target->right==nullptr)
	{
		if(target==target->parent->right)
		{
			target->parent->right = target->left;
			target->left->parent = target->parent;
		}
		else
		{
			target->parent->left = target->left;
			target->left->parent = target->parent;
		}
	}
	//两个子节点存在
	else
	{
		//左侧最大，右侧最小值
		Node* min = FindMin(target->right);
		//选中的节点的子树连接在选中的节点的父节点
		min->parent->left = min->left;
		min->left->parent = min->parent;
		min->parent->right= min->right;
		min->right->parent = min->parent;
		//选中节点置换删除节点
		if(target->parent->left==target) 
		{
			target->parent->left=min;
			min->parent = target->parent;
		}
		else 
		{
			target->parent->right = min;
			min->parent = target->parent;
		}
		//选中节点继承被删除节点的子树
		min->left = target->left;
		target->left->parent = min;
		min->right = target->right;
		target->right->parent = min;
		
	}
	
}

子树和相同树

递归实现的，可能存在爆栈风险，但是一般来讲BST的平均深度不会引起这种问题，可以使用。这里不再给出非递归实现

bool isSubtree(TreeNode* s, TreeNode* t) {
    if (!s) return false; // 父树为空，不可能有子树
    if (isSameTree(s, t)) return true; // 当前子树和子树t相同
    return isSubtree(s->left, t) || isSubtree(s->right, t); // 继续递归检查左右子树
}

bool isSameTree(TreeNode* p, TreeNode* q) {
    if (!p && !q) return true; // 两棵树都为空
    if (!p || !q) return false; // 一棵树为空，另一棵不为空
    return p->val == q->val && isSameTree(p->left, q->left) && isSameTree(p->right, q->right);
}

BST存在一个非常严重的问题，就是可能出现极端情况，这时BST会退化为一个双链表，导致丧失查找优势。