我们在之前学习了通用树的相关知识,那么通用树的结构实现相对来说比较复杂,有没有一种比较简单的树呢?我们在之前的通用树结构中使用的是双亲孩子表示法,每个结点都有一个指向其双亲的指针,每个结点都有若干个指向其孩子的指针。结构如下图所示
那么还有另一种树结构模型 -- 孩子兄弟表示法。每个结点都有一个指向其第一个孩子的指针,每个结点都有一个指向其第一个右兄弟的指针。结构如下图所示
孩子兄弟表示法的特点:1、能够表示任意的树形结构;2、每个结点包含一个数据成员和两个指针成员;3、孩子结点指针和兄弟结点指针构成了“树杈”。
下来我们来看看二叉树的定义:二叉树是由 n ( n >= 0 ) 个结点组成的有限集合,该集合或者为空,或者是由一个根结点加上两颗分别称为左子树和右子树的、互不相交的二叉树组成。二叉树有以下 5 种形态
下来我们来看看两种特殊的二叉树:满二叉树(Full Binary Tree)和完全二叉树(Complete Binary Tree)。
1、满二叉树:如果二叉树中所有分支结点的度数都为 2,且叶子结点都在同一层次上,则称这类二叉树为满二叉树。
2、完全二叉树:如果一颗具有 n 个结点的高度为 K 的二叉树,它的每一个结点都与高度 K 的满二叉树中编号为 1 -- n 的结点一一对应。则称这颗二叉树为完全二叉树(从上到下从左到右编号)。
完全二叉树的相关特性:a> 同样结点数的二叉树,完全二叉树的高度最小;b> 完全二叉树的叶结点仅出现在最下面两层:最底层的叶结点一定出现在左边,倒数第二层的叶结点一定出现在右边,完全二叉树中度为 1 的结点只有左孩子。如下图所示
下来我们来看看二叉树的几个性质:
1、在二叉树的第 i 层最多有 2i-1 个结点(i >= 1)。
第一层最多有 21-1 = 1 个结点;
第二层对多有 22-1 = 2 个结点;
第三层最多有 23-1 = 4 个结点;
......
2、高度为 k 的二叉树最多有 2k-1个结点(k >= 0)。
如果有一层,最多有 1 = 21-1 = 1 个结点;
如果有二层,最多有 1 = 22-1 = 3 个结点;
如果有三层,最多有 1 = 23-1 = 7 个结点;
......
3、对任何一颗二叉树,如果其叶结点有 n0 个,度为 2 的非叶结点有 n2 个,则有 n0 = n2 + 1。
证明:假设二叉树中度 1 的结点有 n1个且总结点为 n 个,则: n = n0 + n1 + n2;
假设二叉树中连接父结点与子结点间的边为 e 条,则: e = n1 + 2n2 = n -1 ;
所以:n0 = n2 + 1
4、具有 n 个结点的完全二叉树的高度为[log2n] + 1。([X] 表示不大于 X 的最大整数)。
证明:假设这 n 个结点组成的完全二叉树高度为 k,则: 2k-1-1 < n <= 2k-1;
因为 n 为整数,所以: 2k-1 <= n < 2k;
取对数:k-1 <= log2n < k;
因为 k 为整数,所以:k = [log2n] + 1
5、一颗有 n 个结点的完全二叉树(高度为[log2n] + 1),按层次对结点进行编号(从上到下,从左到右),对任意结点 i 有:
如果 i = 1,则结点 i 是二叉树根;如果 i > 1,则其双亲结点为 [i/2];
如果 2i <= n,则结点 i 的左孩子为 2i;如果 2i > n,则结点 i 无左孩子;
如果 2i+1 <= n,则结点 i 的右孩子为 2i+1;如果 2i+1 > n,则结点 i 无右孩子;
通过对二叉树的学习总结如下:1、通用树结构采用了双亲结点表示法进行描述;2、孩子兄弟表示法有能力描述任意类型的树结构;3、孩子兄弟表示法能够将通用树转化为二叉树;4、二叉树是最多只有两个孩子的树。
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