从零开始_学_数据结构(二)——树的基本概念

简介:

相比之前的帖子,对其进行了增添和完善。

ps:本颜色的字体是后续添加内容

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参考链接:

大话数据结构.pdf

图解数据结构(6——树及树的遍历

http://www.cnblogs.com/yc_sunniwell/archive/2010/06/27/1766233.html

 

1.什么是树?

是一种数据结构,可以用来表示层次关系,因表示的样子很像一颗倒立的树而得名。

在数据结构中的特点,是一对多(链表是一对一,图是多对多)

 

最上面;树根

中间:树枝

最下:树叶

 

 

2.树的定义。

如图:

 

树定义(无根树):

①一个无根树是一个二元组(V,E);              //V是顶点集(非空集合),E是边集(V中元素构成的无序二元组的集合)

 

(注:个人理解,就是有至少1个点,可以有很多个,这些点的集合,就是V,称为顶点集,我觉得可以理解为结点的集合;

然后这些结点,将会连城一些线段,并且每条线段都没有方向(这里的方向,我认为可以理解为从一个点连向另外一个点,至于为什么说没有方向,我觉得是因为没有起点和终点,线段只是将两个点连起来而已,所以称为没有方向),而这些线段的结合,就是E,称为边集)

 

在离散数学中,无根树指无环连通无向图。

所谓的 无向图,就是一个图中若每条边都是没有方向的,则称为无向图。

参考链接:http://baike.baidu.com/view/93110.htm

 

无向图中的边,均是顶点的无序对,无序对通常用圆括号表示。

(注:据我理解,所谓的无序对,就是拿出某个图中的两个点,例如v1和v2,然后(v1,v2)表示的边,和(v2,v1)表示的边是一样的。而像(v1,v2)这样表示,就是指的是无序对,正是因为边没有方向,所以两种表示方法表示的线段才是一样的)

 

无根树要求每个顶点之间都是直接或者间接相连,且图中没有环(即只有简单路径)。

(注:因为不能有环,所以任意两个点之间,只有一条路径能走的通,假如有两条路径能走得通,就形成了一个环了)

 

由于树是图的子集(图是什么?推测指的是数据结构?),这一类图具有树的特征,但不具备数的形式,没有特定的根结点,故称为无根树。

(注:这说明,无根树和有根树几乎是一样的,除了有根树有根结点,而根结点又是指定的,即给一个无根树,然后指定一个结点为根,那么这个无根树就成为了有根树)

 

树是nn0)个结点的有限集。n=0时称为空树,在任意一棵非空树中:

1)有且仅有一个特定的称为根(root的结点;

2)当n1时,其余结点可分为mm>0)个互不相交的有限集T1T2T3......Tm,其中每个集合本身又是一棵树,并且称为根的子树。

 

用上图举例子的话,就是A为根时,是一棵树,然后这棵树从根部分离出以BCD三个结点为根的子树,其中B子树有2个结点,C子树有7个结点,D1个结点。

 

注:

①当n>0时,即至少有一个结点时,那么树必然有一个根结点,且只有一个根结点;

②子树之间必然是互不相交的(否则就会出现多个上级结点指向同一个下级结点,或者是同级结点之间互相连接)

 

 

 

有根树:

①树根:在无根树中,可取树中任意一个结点为根r,使树变为一颗有根树。

②父子关系:(1)对于任意非根结点v,v到树根r的路径上的第一个结点p,定义为v的父结点,而v是p的子结点。

(2)一个结点可以有多个子结点(也可以是0个,例如这个树中,只有一条线连接着这个结点);

(3)非根结点只能有一个父结点(如果是根出来的第一个结点,那么这个结点就是自己的父结点么?

(4)树根没有父结点。

 

数据结构中的树一般是有根树。

 

有根树:

①有根树的递归定义:

(1)没有结点是一棵树(可称为空结点);

(2)单独的一个结点是一颗树;

(3)如果t0、t1、t2、……、tk-1是一颗树,t是一个结点,则将t0、t1、t2、……、tk-1作为t的子结点后,组成的树t,也是一棵树,树根为t。(注意:一般有根树使用根结点来标识)

——我猜测,从t0tk-1之间应该也可以将其分别视为一个结点,然后进行连接(以树的形式,即任意两个结点之间只有一条路径),就形成了一个有根树(树根为t

 

树的深度和高度:

树的高度和树的深度似乎不一样,貌似说法有几种(比如某些大学教科书):

有的说高度和深度一样;

有的说高度比深度少一;

有的说根结点从0开始计算;

有的说根结点从1开始计算。

 

根据我个人理解,如图那样,有5层,根直接相连的,其深度则为1,高度为3;最下层的,其深度为4,高度为0。

推测,深度就是指从根开始的距离(即从根开始计算,假如根为第0个结点,那么连接他和根的线段中,他是第几个结点,深度就是几);

而高度就是指,一个结点,和最底层距离有多远,假如最多是5层,这个结点和根的距离只有1(即位于第4层),那么他的高度就是4。

 

 

 

 

3.二叉树

二叉树是树的一种。

 

二叉树的特征是,除了叶以外的结点,都有两个子。(叶就是在它和根的路径上,没有比他更远的结点了,也可以理解为,只有一个结点和它相连,并且它不是根,那么他就是叶)

 

简单来说,就是在有根树的基础上,一个结点,往更深的地方延伸时,最多只能延伸出来零个,或者两个结点(只能是0个或者2个,不能是1个。如果是0个就是叶,否则就是结点),那么他就是二叉树。

 

例如:图中延伸出0个结点(叶)有:E,G,H,I,J,K

而延伸出2个结点的有:A,B,C,D,F

 

 

 

 

 

4.树的遍历

所谓树的遍历,是指对树中所有结点的信息的访问。

其重点有2个:

①对所有结点进行访问(假如有结点没有被访问,肯定算不上遍历了)

②对每个结点只访问一次;

 

说起遍历,那么前提是树必须有顺序。

    假如A结点是根结点,B和C是他的子(二叉树)。那么如何遍历呢?

    先访问A再访问B最后C?还是A->C->B?又或者是先访问B或者C?

    这些都是不一样的。

只有有了顺序,才能决定怎么访问。同样以A、B、C三个结点为例,A是根结点,B左C右,或者是B右C左,其并非是同一个树。

    根据我个人所知推断,假如有这样一个树,他最终是要存储到硬盘里的,如果B在A左边,C在A右边,其必然是有一定原因和规律的。例如,三个数都是int值,B=10,A=20,C=30。那么以数组形式存储,其为{B,A,C}。比A小的放A左边,比A大的放A右边,数组以增序排列。假如值不变,形式为{C,A,B},那么数组就变为以减序排列了。增序和减序,显然是不一样的。

因此,树的左右顺序是不能颠倒的。

疑问:我找的资料上说的是二叉树其左右是不能颠倒的,那么三叉树,或者其他树可以颠倒么?我推测应该也是不能的吧,至于为什么,需要查查资料。

 

二叉树的遍历方法主要有三种:

①前序遍历;(先访问根结点,再访问子结点)

②后序遍历;(先访问子结点,再访问根结点)

③中序遍历(只适用于二叉树)

 

前序遍历:

顺序:访问根结点——》访问左子树——》访问右子树

在访问子树,依然按该顺序进行访问。

 

以上图中的二叉树为例,前序遍历的顺序是

其逻辑是:

(1)先访问根;

(2)当前如果是根,且无子结点,则结束;如果是根,有子结点,第二次返回根的时候结束;(在编程时如何做到这一点?

(3)查看有没有没有访问过的子结点(问题,如何判断是不是访问过的):

(3.1)如果有,则访问子结点的左边部分,重复(2);

(3.2)如果没有,则判断当前结点是不是子结点的左结点:

(3.2.1)如果是,则访问右结点,重复(2);

(3.2.2)如果不是,返回父结点,重复(2)

 

 

后序遍历:

顺序:访问根结点——》访问右子树——》访问左子树

顺序正好和前序遍历相反。

所以,具体的就省略了。

 

 

中序遍历:

所谓的中序遍历,就是指,先访问左子树,再访问根,再访问右子树。

 

具体到每一个子树时,也是如此。

 

与前序遍历和后序遍历不同的是,中序遍历在访问子树的过程中,并不直接访问路径上的,而是先要确定该子树还有没有子结点,如果没有了,才访问它,如果有,则继续访问子树的子树。

 

例如:


以图为例,由于B是A的子,D是B的子,H是D的子,而H没有子了。因此,先访问H。

然后访问H的父(D),访问D。

然后D的右子是I,因此访问I。

I没有子了,返回D;D的子树访问完了,因此返回D的父(B),访问B;

B的右子,因此访问E;

E没有子了,因此返回B,而B的子树也访问完了,因此返回A,访问A;

A的右子树是C,而C有子(F),F有子(J),J无子,因此访问J;

返回J的父F,访问F;

F的右子是K,访问K;

K无子,返回F,F的子树访问完了,返回C,C的右子是G,G无子,访问G。

树的遍历结束。其顺序是:H-D-I-B-E-A-J-F-K-C-G。

 

形象的说,就是先访问左子树,假如左子树没有子,则访问结点,并返回,访问父,再访问父的右子树。然后重复即可。——左-父-右的顺序

 

 

树的结点

包括一个数据元素,和从这个元素,指向其各个子树的分支(但不包括指向其父树的分支)。

结点拥有的子树数,称为结点的度Degree),度为0的结点,称为叶结点Leaf)或终端节点;

度不为0的结点,称为非终端结点分支结点

除根结点外,分支结点也称为内部结点。

树的度为树内各节点的度的最大值

 

简单来说,树的每个结点都有度,看他往下连向几个结点(只考虑下一层,不考虑更深部分),其度就是几,没有就是0

没有继续往下连接的(叶),就是叶结点;

不是根也不是叶的,就是内部结点;

每个结点都有度,所有结点中,度最大的结点的度,就是树的度。

 

 

树的顺序:

之前说过,二叉树的结点的左右子树是不能交换的,也就是说,有顺序的。

假如一个树,其结点的子树之间的左右顺序,是有次序的,不能互相交换,那么就说这个树是有序树,否则就是无序树

 

 

 


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