JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)

目录

1 概念

2 查找

4 操作-删除(*****)

5 性能分析

6 和 java 类集的关系


1 概念

二叉搜索树又称二叉排序树,它或者是一棵空树,或者是具有以下性质的二叉树:

        若它的左子树不为空,则左子树上所有节点的值都小于根节点的值
        若它的右子树不为空,则右子树上所有节点的值都大于根节点的值
        它的左右子树也分别为二叉搜索树        

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第1张图片

int[] array ={5,3,4,1,7,8,2,6,0,9};

定义二叉搜索树

static class TreeNode {
     public int val;
     public TreeNode left;
     public TreeNode right;

     public TreeNode(int val) {
         this.val = val;
     }
}

2 查找

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第2张图片

public boolean search(int val) {

     TreeNode cur = root;
     while(cur != null) {
        if(cur.val > val) {
             cur = cur.left;
        } else if (cur.val < val) {
             cur=cur.right;
        }else {
             return true;
        }
     }
     return false;
}

3 操作-插入
1. 如果树为空树,即根 == null,直接插入

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第3张图片

2. 如果树不是空树,按照查找逻辑确定插入位置,插入新结点

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第4张图片

    public void insert(int val) {
        if(root == null) {
            root = new TreeNode(val);
            return;
        }
        TreeNode parent = null;
        TreeNode cur = root;
        while (cur != null) {
            if(cur.val < val) {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val){
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            }else {
                return;
            }
        }
        TreeNode node = new TreeNode(val);
        if(parent.val > node.val) {
            parent.left = node;
        } else {
            parent.right = node;
        }
    }

4 操作-删除(*****)

设待删除结点为 cur, 待删除结点的双亲结点为 parent
1. cur.left == null

1. cur 是 root,则 root = cur.right

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第5张图片
2. cur 不是 root,cur 是 parent.left,则 parent.left = cur.right

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第6张图片
3. cur 不是 root,cur 是 parent.right,则 parent.right = cur.right

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第7张图片

2. cur.right == null

1. cur 是 root,则 root = cur.left

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第8张图片
2. cur 不是 root,cur 是 parent.left,则 parent.left = cur.left

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第9张图片

3. cur 不是 root,cur 是 parent.right,则 parent.right = cur.left

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第10张图片

3. cur.left != null && cur.right != null

1. 需要使用替换法进行删除,即在它的右子树中寻找中序下的第一个结点(关键码最小),用它的值填补到被删除节点中,再来处理该结点的删除问题

JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第11张图片

    public void remove(int val) {
        TreeNode cur = root;
        TreeNode parent = null;
        while(cur != null) {
            if(cur.val < val ) {
                parent = cur;
                cur = cur.right;
            } else if (cur.val > val) {
                parent = cur;
                cur = cur.left;
            } else{
                removeNode(parent,cur);
                return;
            }
        }
    }

    public void removeNode(TreeNode parent ,TreeNode cur) {
        if(cur.left == null) {
            if(cur == root ) {
                root = cur.right;
            } else if (cur == parent.left) {
                parent.left = cur.right;
            } else {
                parent.right = cur.right;
            }
        } else if (cur.right == null) {
            if(cur == root) {
                root = cur.left;
            } else if (cur == parent.left) {
                parent.right = cur.left;
            } else {
                parent.left = cur.left;
            }
        } else {
            TreeNode t = cur.right;
            TreeNode tp = cur;
            while(t.left != null) {
                tp = t;
                t = t.left;
            }
            cur.val = t.val;
            if(t.left == t) {
                tp.left = t.right;
            } else {
                tp.right = t.right;
            }
        }
    }

5 性能分析

插入和删除操作都必须先查找,查找效率代表了二叉搜索树中各个操作的性能。
对有n个结点的二叉搜索树,若每个元素查找的概率相等,则二叉搜索树平均查找长度是结点在二叉搜索树的深度的函数,即结点越深,则比较次数越多。
但对于同一个关键码集合,如果各关键码插入的次序不同,可能得到不同结构的二叉搜索树:
JAVA 二叉搜索树(查找 插入 删除)_第12张图片

最优情况下,二叉搜索树为完全二叉树,其平均比较次数为:logN
最差情况下,二叉搜索树退化为单支树,其平均比较次数为:N/2

6 和 java 类集的关系

TreeMap 和 TreeSet 即 java 中利用搜索树实现的 Map 和 Set;实际上用的是红黑树,而红黑树是一棵近似平衡二叉搜索树,即在二叉搜索树的基础之上 + 颜色以及红黑树性质验证,关于红黑树的内容后序再进行讲解。

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