預(yù)備知識(shí)
定義
樹是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)槐沼,它是由N(N >= 1)個(gè)有限結(jié)點(diǎn)組成一個(gè)具有層次關(guān)系的集合伍宦。
特點(diǎn):
- 每個(gè)結(jié)點(diǎn)有0個(gè)或者多個(gè)子結(jié)點(diǎn)
- 沒有父結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)
- 每一個(gè)非根結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)
- 除了根結(jié)點(diǎn)外,每個(gè)子結(jié)點(diǎn)可以分為多個(gè)不相交的子樹
基本術(shù)語
結(jié)點(diǎn)n的高度: n結(jié)點(diǎn)到葉子結(jié)點(diǎn)所有路徑上包含結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的最大值。葉子結(jié)點(diǎn)的高度為1,往上依次遞增。
結(jié)點(diǎn)的深度: 從根結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)n唯一路徑的長走诞,根結(jié)點(diǎn)的深度為1(有的書上此基數(shù)為0,兩種記法都沒有錯(cuò))
層數(shù): 根結(jié)點(diǎn)為第一層蛤高,往下依次遞增蚣旱。
結(jié)點(diǎn)的度: 結(jié)點(diǎn)擁有的子樹個(gè)數(shù)碑幅,度為0的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)。
葉子: 度為零的結(jié)點(diǎn)塞绿。
樹的度: 樹中結(jié)點(diǎn)的最大的度沟涨。
樹的高度: 樹中結(jié)點(diǎn)的最大層次(在基數(shù)為1時(shí),樹的深度 = 樹的高度 = 最大層數(shù))异吻。
二叉查找樹
二叉查找樹:
- 若左子樹不空裹赴,則左子樹上所有結(jié)點(diǎn)的值均小于它根結(jié)點(diǎn)的值。
- 若右子樹不空诀浪,則右子樹上所有結(jié)點(diǎn)的值均大于它根結(jié)點(diǎn)的值棋返。
- 左、右子樹也分別為二叉查找樹雷猪。
- 沒有鍵值相等的結(jié)點(diǎn)
OC語言的實(shí)現(xiàn)
如果想要更加透徹的理解二叉查找樹相關(guān)的知識(shí)睛竣,就自己嘗試的去敲一下下面的代碼
定義
二叉樹的實(shí)現(xiàn)是定義了一個(gè)工具類
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface BinaryTreeNode : NSObject
@property (nonatomic, assign) NSInteger keyValue; // 值
@property (nonatomic, strong) BinaryTreeNode *leftNode; // 左結(jié)點(diǎn)
@property (nonatomic, strong) BinaryTreeNode *rightNode; // 右結(jié)點(diǎn)
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
創(chuàng)建二叉查找樹
/**
創(chuàng)建二叉排序樹
@param values 數(shù)組
@return 二叉樹結(jié)點(diǎn)
*/
+ (BinaryTreeNode *)createBinaryTreeNodeWithValues:(NSArray *)values {
BinaryTreeNode *rootNode = nil;
for (NSInteger i = 0; i < values.count; i ++) {
NSInteger value = [[values objectAtIndex:i] integerValue];
rootNode = [BinaryTreeNode addBinaryTreeNode:rootNode andValue:value];
}
return rootNode;
}
/**
向樹結(jié)點(diǎn)添加結(jié)點(diǎn)
@param treeNode 根結(jié)點(diǎn)
@param value 結(jié)點(diǎn)值
@return 根結(jié)點(diǎn)
*/
+ (BinaryTreeNode *)addBinaryTreeNode:(BinaryTreeNode *)treeNode andValue:(NSInteger)value {
if (!treeNode) {
// 結(jié)點(diǎn)不存在,創(chuàng)建新結(jié)點(diǎn)
treeNode = [[BinaryTreeNode alloc]init];
treeNode.keyValue = value;
}else if (value < treeNode.keyValue) {
// 生成左子樹
treeNode.leftNode = [BinaryTreeNode addBinaryTreeNode:treeNode.leftNode andValue:value];
}else {
// 生成右子樹
treeNode.rightNode = [BinaryTreeNode addBinaryTreeNode:treeNode.rightNode andValue:value];
}
return treeNode;
}
查找二叉樹中某個(gè)位置的結(jié)點(diǎn)
/**
查找二叉樹某個(gè)位置的結(jié)點(diǎn)
@param index 按層次便利樹是的位置(從0開始)
@param rootNode 樹根結(jié)點(diǎn)
@return 結(jié)點(diǎn)
*/
+ (BinaryTreeNode *)findTreeNodeAtIndex:(NSInteger)index withTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
// 結(jié)點(diǎn)不存在求摇,查找的位置不符合規(guī)范
if (!rootNode || index < 0) {
return nil;
}
NSMutableArray *queueArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:0];
// 壓入根結(jié)點(diǎn)
[queueArray addObject:rootNode];
while (queueArray.count > 0) {
BinaryTreeNode *node = [queueArray firstObject];
if (index == 0) {
return node;
}
[queueArray removeObjectAtIndex:0]; // 仿照隊(duì)列FIFO射沟,t移除最前面的結(jié)點(diǎn)
index--;
// 按照從左到右依次壓入結(jié)點(diǎn)
if (node.leftNode) {
[queueArray addObject:node.leftNode];
}
if (node.rightNode) {
[queueArray addObject:node.rightNode];
}
}
// 遍歷完,還沒有找到位置月帝,返回nil
return nil;
}
尋找最小結(jié)點(diǎn)
/**
尋找最小結(jié)點(diǎn)
@param treeNode 樹
@return 樹中最小的結(jié)點(diǎn)
*/
+ (BinaryTreeNode *)findMinTreeNode:(BinaryTreeNode *)treeNode {
if (!treeNode) {
return nil;
}
if (!treeNode.leftNode) {
return treeNode;
}else {
return [BinaryTreeNode findMinTreeNode:treeNode.leftNode];
}
}
先序遍歷
先訪問根躏惋,再遍歷左子樹,最后遍歷右子樹(遞歸)
/**
先序遍歷
先訪問根嚷辅,再遍歷左子樹,最后遍歷右子樹(遞歸)
@param rootNode 根結(jié)點(diǎn)
@param handler 訪問結(jié)點(diǎn)處理函數(shù)
*/
+ (void)preOrderTraverseBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode handle:(void(^)(BinaryTreeNode *treeNode))handler {
if (rootNode) {
if (handler) {
handler(rootNode);
}
[self preOrderTraverseBinaryTree:rootNode.leftNode handle:handler];
[self preOrderTraverseBinaryTree:rootNode.rightNode handle:handler];
}
}
中序遍歷
先遍歷左子樹距误,再訪問根簸搞,最后遍歷右子樹(遞歸)
/**
中序遍歷
先遍歷左子樹,再訪問根准潭,最后遍歷右子樹(遞歸)
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@param handler 訪問節(jié)點(diǎn)處理函數(shù)
*/
+ (void)inOrderTraverseBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode handle:(void(^)(BinaryTreeNode *treeNode))handler {
if (rootNode) {
[self inOrderTraverseBinaryTree:rootNode.leftNode handle:handler];
if (handler) {
handler(rootNode);
}
[self inOrderTraverseBinaryTree:rootNode.rightNode handle:handler];
}
}
后序遍歷
先遍歷左子樹趁俊,再遍歷右子樹,最后訪問根(遞歸)
/**
后序遍歷
先遍歷左子樹刑然,再遍歷右子樹寺擂,最后訪問根(遞歸)
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@param handler 訪問節(jié)點(diǎn)處理函數(shù)
*/
+ (void)postOrderTraverseBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode handle:(void(^)(BinaryTreeNode *treeNode))handler {
if (rootNode) {
[self postOrderTraverseBinaryTree:rootNode.leftNode handle:handler];
[self postOrderTraverseBinaryTree:rootNode.rightNode handle:handler];
if (handler) {
handler(rootNode);
}
}
}
層次遍歷
/**
層次遍歷(廣度優(yōu)先)
@param rootNode 樹根節(jié)點(diǎn)
@param handler 訪問節(jié)點(diǎn)處理函數(shù)
*/
+ (void)levelTraverseBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode handle:(void(^)(BinaryTreeNode *treeNode))handler {
if (!rootNode) {
return;
}
NSMutableArray *queueArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:0]; // 數(shù)組當(dāng)作隊(duì)列
[queueArray addObject:rootNode]; // 壓入根節(jié)點(diǎn)
while (queueArray.count > 0) {
BinaryTreeNode *node = [queueArray firstObject];
if (handler) {
handler(node);
}
[queueArray removeObjectAtIndex:0];
if (node.leftNode) {
[queueArray addObject:node.leftNode]; // 壓入左節(jié)點(diǎn)
}
if (node.rightNode) {
[queueArray addObject:node.rightNode]; // 壓入右節(jié)點(diǎn)
}
}
}
二叉樹的深度
/**
二叉樹的深度
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 二叉樹的深度
*/
+ (NSInteger)depthOfBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return 0;
}
if (!rootNode.leftNode && !rootNode.rightNode) {
return 1;
}
// 左子樹的深度
NSInteger leftDepth = [self depthOfBinaryTree:rootNode.leftNode];
// 右子樹的深度
NSInteger rightDepth = [self depthOfBinaryTree:rootNode.rightNode];
return MAX(leftDepth, rightDepth) + 1;
}
二叉樹的寬度
/**
二叉樹的寬度
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 二叉樹的寬度
*/
+ (NSInteger)widthOfBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return 0;
}
NSMutableArray *queueArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:0];
[queueArray addObject:rootNode];
NSInteger maxWidth = 1; // 初始化最大寬度 1
NSInteger curWidth = 0; // 當(dāng)前層數(shù)的寬度
while (queueArray.count > 0) {
curWidth = queueArray.count;
for (int i = 0; i < curWidth; i ++) {
BinaryTreeNode *node = [queueArray firstObject];
[queueArray removeObjectAtIndex:0];
if (node.leftNode) {
[queueArray addObject:node.leftNode];
}
if (node.rightNode) {
[queueArray addObject:node.rightNode];
}
}
// 寬度 = 當(dāng)前層節(jié)點(diǎn)數(shù)
maxWidth = MAX(maxWidth, queueArray.count);
}
return maxWidth;
}
二叉樹所有結(jié)點(diǎn)
/**
二叉樹所有節(jié)點(diǎn)數(shù)(遞歸)
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 所有節(jié)點(diǎn)數(shù)
*/
+ (NSInteger)numberOfBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return 0;
}
NSInteger leftNumber = [self numberOfBinaryTree:rootNode.leftNode];
NSInteger rightNumber = [self numberOfBinaryTree:rootNode.rightNode];
// 節(jié)點(diǎn)數(shù) = 左子樹節(jié)點(diǎn)數(shù) + 右子樹節(jié)點(diǎn)數(shù) + 1(根節(jié)點(diǎn))
return leftNumber + rightNumber + 1;
}
二叉樹某層的結(jié)點(diǎn)數(shù)
/**
二叉樹中某層中的節(jié)點(diǎn)數(shù)
@param level 層數(shù)
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 層中的節(jié)點(diǎn)數(shù)
*/
+ (NSInteger)numberOfBinaryTreeNodesOnLevel:(NSInteger)level inBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode || level < 1) {
return 0;
}
if (level == 1) { // 根節(jié)點(diǎn)
return 1;
}
// 遞歸:level層節(jié)點(diǎn)數(shù) = 左子樹level-1層節(jié)點(diǎn)數(shù) + 右子樹level-1層節(jié)點(diǎn)數(shù)
NSInteger leftNodes = [self numberOfBinaryTreeNodesOnLevel:level - 1 inBinaryTree:rootNode.leftNode];
NSInteger rightNodes = [self numberOfBinaryTreeNodesOnLevel:level - 1 inBinaryTree:rootNode.rightNode];
return leftNodes + rightNodes;
}
翻轉(zhuǎn)二叉樹
/**
翻轉(zhuǎn)二叉樹(鏡像)
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 翻轉(zhuǎn)后的樹的根節(jié)點(diǎn)(就是原二叉樹的根節(jié)點(diǎn))
*/
+ (BinaryTreeNode *)invertBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return nil;
}
if (!rootNode.leftNode && !rootNode.rightNode) {
return rootNode;
}
[self invertBinaryTree:rootNode.leftNode];
[self invertBinaryTree:rootNode.rightNode];
BinaryTreeNode *tempNode = rootNode.leftNode;
rootNode.leftNode = rootNode.rightNode;
rootNode.rightNode = tempNode;
return rootNode;
}
翻轉(zhuǎn)二叉樹(非遞歸)
/**
翻轉(zhuǎn)二叉樹(非遞歸)
@param rootNode 根結(jié)點(diǎn)
@return 翻轉(zhuǎn)后的二叉樹
*/
+ (BinaryTreeNode *)invertBinaryTreeNotRecursive:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return nil;
}
if (!rootNode.leftNode && !rootNode.rightNode) {
return rootNode;
}
NSMutableArray *queueArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:0];
[queueArray addObject:rootNode];
while (queueArray.count > 0) {
BinaryTreeNode *node = [queueArray firstObject];
[queueArray removeObjectAtIndex:0];
BinaryTreeNode *tempNode = node.leftNode;
node.leftNode = node.rightNode;
node.rightNode = tempNode;
if (node.leftNode) {
[queueArray addObject:node.leftNode];
}
if (node.rightNode) {
[queueArray addObject:node.rightNode];
}
}
return rootNode;
}
判斷是否是完全二叉樹
/**
判斷是否是完全二叉樹
完全二叉樹:若設(shè)二叉樹的高度為h,除第h層外泼掠,其它各層的節(jié)點(diǎn)數(shù)都達(dá)到最大個(gè)數(shù)怔软,第h層有葉子節(jié)點(diǎn),并且葉子節(jié)點(diǎn)都是從左到右依次排布
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 是否是完全二叉樹
*/
+ (BOOL)isCompleteBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return NO;
}
if (!rootNode.leftNode && !rootNode.rightNode) {
return YES;
}
if (!rootNode.leftNode && rootNode.rightNode) {
return NO;
}
/**
按層次遍歷節(jié)點(diǎn)择镇,找到滿足完全二叉樹的條件:
條件1:如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的右子樹不為空挡逼,則它的左子樹必須不為空
條件2:如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的右子樹為空,則排在它后面的節(jié)點(diǎn)必須沒有孩子節(jié)點(diǎn)
排在該節(jié)點(diǎn)后面的節(jié)點(diǎn)有2種:1)同層次的后面的節(jié)點(diǎn) 2)同層次的前面的節(jié)點(diǎn)的孩子節(jié)點(diǎn)
*/
NSMutableArray *queueArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:0];
[queueArray addObject:rootNode];
BOOL isComplete = NO; // 是否是完全二叉樹
while (queueArray.count > 0) {
BinaryTreeNode *node = [queueArray firstObject];
[queueArray removeObjectAtIndex:0];
// 左子樹為空且右子樹不為空腻豌,則不是完全二叉樹
if (!node.leftNode && node.rightNode) {
return NO;
}
// 前面的節(jié)點(diǎn)已滿足完全二叉樹家坎,如果還有孩子節(jié)點(diǎn)嘱能,則不是完全二叉樹
if (isComplete && (node.leftNode || node.rightNode)) {
return NO;
}
// 右子樹為空,則已滿足完全二叉樹
if (!node.rightNode) {
isComplete = YES;
}
if (node.leftNode) {
[queueArray addObject:node.leftNode];
}
if (node.rightNode) {
[queueArray addObject:node.rightNode];
}
}
return isComplete;
}
判斷是否是滿二叉樹
/**
是否是滿二叉樹
滿二叉樹:除了葉節(jié)點(diǎn)外每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有左右子葉且葉節(jié)點(diǎn)都處在最底層的二叉樹
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 是否是滿二叉樹
*/
+ (BOOL)isFullBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
if (!rootNode) {
return NO;
}
// 深度
NSInteger depth = [self depthOfBinaryTree:rootNode];
// 二叉樹葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)
NSInteger leafNum = [self numberOfBinaryTree:rootNode];
// 是否滿足:葉子樹 = 2^(深度 - 1)
if (leafNum == pow(2, depth - 1)) {
return YES;
}
return NO;
}
判斷是否是平衡樹(AVL樹)
/**
是否是AVL樹(平衡二叉樹)
AVL樹:是一顆空樹或它的左右兩個(gè)子樹的高度差的絕對值不超過1虱疏,并且左右兩個(gè)子樹都是一顆平衡二叉樹
@param rootNode 根節(jié)點(diǎn)
@return 是否是AVL樹
*/
+ (BOOL)isAVLBinaryTree:(BinaryTreeNode *)rootNode {
//static修飾局部變量時(shí)藐唠,在程序中只有一份內(nèi)存,并延長其生命周期
static NSInteger height;
if (!rootNode) {
height = 0;
return YES;
}
if (!rootNode.leftNode && !rootNode.rightNode) {
height = 1;
return YES;
}
// 左子樹是否是AVL樹
BOOL isAVLLeftTree = [self isAVLBinaryTree:rootNode.leftNode];
NSInteger heightLeft = height;
// 右子樹是否是AVL樹
BOOL isAVLRightTree = [self isAVLBinaryTree:rootNode.rightNode];
NSInteger heightRight = height;
height = MAX(heightLeft, heightRight) + 1;
// 左右兩顆子樹的高度差的絕對值不超過1且兩個(gè)子樹都是AVL樹
if (isAVLLeftTree && isAVLRightTree && ABS(heightLeft - heightRight) <= 1) {
return YES;
}
return NO;
}
更多相關(guān)資料:
二叉查找樹之圖文解析和C語言的實(shí)現(xiàn)
AVL樹之圖文解析和C語言的實(shí)現(xiàn)
參考網(wǎng)上資料:
二叉樹-你必須要懂排嫌!
二叉樹的各種問題