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從零開始_學_資料結構(二)——樹的基本概念

相比之前的文章,對其進行了增添和完善。

ps:本顔色的字型是後續添加内容

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參考連結:

大話資料結構.pdf

圖解資料結構(6)——樹及樹的周遊

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

1.什麼是樹?

是一種資料結構,可以用來表示層次關系,因表示的樣子很像一顆倒立的樹而得名。

在資料結構中的特點,是一對多(連結清單是一對一,圖是多對多)

從零開始_學_資料結構(二)——樹的基本概念

最上面;樹根

中間:樹枝

最下:樹葉

2.樹的定義。

如圖:

從零開始_學_資料結構(二)——樹的基本概念

樹定義(無根樹):

①一個無根樹是一個二進制組(v,e);              //v是頂點集(非空集合),e是邊集(v中元素構成的無序二進制組的集合)

(注:個人了解,就是有至少1個點,可以有很多個,這些點的集合,就是v,稱為頂點集,我覺得可以了解為結點的集合;

然後這些結點,将會連城一些線段,并且每條線段都沒有方向(這裡的方向,我認為可以了解為從一個點連向另外一個點,至于為什麼說沒有方向,我覺得是因為沒有起點和終點,線段隻是将兩個點連起來而已,是以稱為沒有方向),而這些線段的結合,就是e,稱為邊集)

在離散數學中,無根樹指無環連通無向圖。

所謂的 無向圖,就是一個圖中若每條邊都是沒有方向的,則稱為無向圖。

參考連結:http://baike.baidu.com/view/93110.htm

無向圖中的邊,均是頂點的無序對,無序對通常用圓括号表示。

(注:據我了解,所謂的無序對,就是拿出某個圖中的兩個點,例如v1和v2,然後(v1,v2)表示的邊,和(v2,v1)表示的邊是一樣的。而像(v1,v2)這樣表示,就是指的是無序對,正是因為邊沒有方向,是以兩種表示方法表示的線段才是一樣的)

無根樹要求每個頂點之間都是直接或者間接相連,且圖中沒有環(即隻有簡單路徑)。

(注:因為不能有環,是以任意兩個點之間,隻有一條路徑能走的通,假如有兩條路徑能走得通,就形成了一個環了)

由于樹是圖的子集(圖是什麼?推測指的是資料結構?),這一類圖具有樹的特征,但不具備數的形式,沒有特定的根結點,故稱為無根樹。

(注:這說明,無根樹和有根樹幾乎是一樣的,除了有根樹有根結點,而根結點又是指定的,即給一個無根樹,然後指定一個結點為根,那麼這個無根樹就成為了有根樹)

樹是n(n≥0)個結點的有限集。n=0時稱為空樹,在任意一棵非空樹中:

(1)有且僅有一個特定的稱為根(root)的結點;

(2)當n>1時,其餘結點可分為m(m>0)個互不相交的有限集t1、t2、t3......、tm,其中每個集合本身又是一棵樹,并且稱為根的子樹。

用上圖舉例子的話,就是a為根時,是一棵樹,然後這棵樹從根部分離出以b、c、d三個結點為根的子樹,其中b子樹有2個結點,c子樹有7個結點,d有1個結點。

注:

①當n>0時,即至少有一個結點時,那麼樹必然有一個根結點,且隻有一個根結點;

②子樹之間必然是互不相交的(否則就會出現多個上級結點指向同一個下級結點,或者是同級結點之間互相連接配接)

有根樹:

①樹根:在無根樹中,可取樹中任意一個結點為根r,使樹變為一顆有根樹。

②父子關系:(1)對于任意非根結點v,v到樹根r的路徑上的第一個結點p,定義為v的父結點,而v是p的子結點。

(2)一個結點可以有多個子結點(也可以是0個,例如這個樹中,隻有一條線連接配接着這個結點);

(3)非根結點隻能有一個父結點(如果是根出來的第一個結點,那麼這個結點就是自己的父結點麼?)

(4)樹根沒有父結點。

資料結構中的樹一般是有根樹。

①有根樹的遞歸定義:

(1)沒有結點是一棵樹(可稱為空結點);

(2)單獨的一個結點是一顆樹;

(3)如果t0、t1、t2、……、tk-1是一顆樹,t是一個結點,則将t0、t1、t2、……、tk-1作為t的子結點後,組成的樹t,也是一棵樹,樹根為t。(注意:一般有根樹使用根結點來辨別)

——我猜測,從t0到tk-1之間應該也可以将其分别視為一個結點,然後進行連接配接(以樹的形式,即任意兩個結點之間隻有一條路徑),就形成了一個有根樹(樹根為t)

樹的深度和高度:

樹的高度和樹的深度似乎不一樣,貌似說法有幾種(比如某些大學教科書):

有的說高度和深度一樣;

有的說高度比深度少一;

有的說根結點從0開始計算;

有的說根結點從1開始計算。

根據我個人了解,如圖那樣,有5層,根直接相連的,其深度則為1,高度為3;最下層的,其深度為4,高度為0。

推測,深度就是指從根開始的距離(即從根開始計算,假如根為第0個結點,那麼連接配接他和根的線段中,他是第幾個結點,深度就是幾);

而高度就是指,一個結點,和最底層距離有多遠,假如最多是5層,這個結點和根的距離隻有1(即位于第4層),那麼他的高度就是4。

3.二叉樹

從零開始_學_資料結構(二)——樹的基本概念

二叉樹是樹的一種。

二叉樹的特征是,除了葉以外的結點,都有兩個子。(葉就是在它和根的路徑上,沒有比他更遠的結點了,也可以了解為,隻有一個結點和它相連,并且它不是根,那麼他就是葉)

簡單來說,就是在有根樹的基礎上,一個結點,往更深的地方延伸時,最多隻能延伸出來零個,或者兩個結點(隻能是0個或者2個,不能是1個。如果是0個就是葉,否則就是結點),那麼他就是二叉樹。

例如:圖中延伸出0個結點(葉)有:e,g,h,i,j,k

而延伸出2個結點的有:a,b,c,d,f

4.樹的周遊

所謂樹的周遊,是指對樹中所有結點的資訊的通路。

其重點有2個:

①對所有結點進行通路(假如有結點沒有被通路,肯定算不上周遊了)

②對每個結點隻通路一次;

說起周遊,那麼前提是樹必須有順序。

    假如a結點是根結點,b和c是他的子(二叉樹)。那麼如何周遊呢?

    先通路a再通路b最後c?還是a->c->b?又或者是先通路b或者c?

    這些都是不一樣的。

隻有有了順序,才能決定怎麼通路。同樣以a、b、c三個結點為例,a是根結點,b左c右,或者是b右c左,其并非是同一個樹。

    根據我個人所知推斷,假如有這樣一個樹,他最終是要存儲到硬碟裡的,如果b在a左邊,c在a右邊,其必然是有一定原因和規律的。例如,三個數都是int值,b=10,a=20,c=30。那麼以數組形式存儲,其為{b,a,c}。比a小的放a左邊,比a大的放a右邊,數組以增序排列。假如值不變,形式為{c,a,b},那麼數組就變為以減序排列了。增序和減序,顯然是不一樣的。

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是以,樹的左右順序是不能颠倒的。

疑問:我找的資料上說的是二叉樹其左右是不能颠倒的,那麼三叉樹,或者其他樹可以颠倒麼?我推測應該也是不能的吧,至于為什麼,需要查查資料。

二叉樹的周遊方法主要有三種:

①前序周遊;(先通路根結點,再通路子結點)

②後序周遊;(先通路子結點,再通路根結點)

③中序周遊(隻适用于二叉樹)

從零開始_學_資料結構(二)——樹的基本概念

前序周遊:

順序:通路根結點——》通路左子樹——》通路右子樹

在通路子樹,依然按該順序進行通路。

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以上圖中的二叉樹為例,前序周遊的順序是

其邏輯是:

(1)先通路根;

(2)目前如果是根,且無子結點,則結束;如果是根,有子結點,第二次傳回根的時候結束;(在程式設計時如何做到這一點?)

(3)檢視有沒有沒有通路過的子結點(問題,如何判斷是不是通路過的):

(3.1)如果有,則通路子結點的左邊部分,重複(2);

(3.2)如果沒有,則判斷目前結點是不是子結點的左結點:

(3.2.1)如果是,則通路右結點,重複(2);

(3.2.2)如果不是,傳回父結點,重複(2)

後序周遊:

順序:通路根結點——》通路右子樹——》通路左子樹

順序正好和前序周遊相反。

是以,具體的就省略了。

中序周遊:

所謂的中序周遊,就是指,先通路左子樹,再通路根,再通路右子樹。

具體到每一個子樹時,也是如此。

與前序周遊和後序周遊不同的是,中序周遊在通路子樹的過程中,并不直接通路路徑上的,而是先要确定該子樹還有沒有子結點,如果沒有了,才通路它,如果有,則繼續通路子樹的子樹。

例如:

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以圖為例,由于b是a的子,d是b的子,h是d的子,而h沒有子了。是以,先通路h。

然後通路h的父(d),通路d。

然後d的右子是i,是以通路i。

i沒有子了,傳回d;d的子樹通路完了,是以傳回d的父(b),通路b;

b的右子,是以通路e;

e沒有子了,是以傳回b,而b的子樹也通路完了,是以傳回a,通路a;

a的右子樹是c,而c有子(f),f有子(j),j無子,是以通路j;

傳回j的父f,通路f;

f的右子是k,通路k;

k無子,傳回f,f的子樹通路完了,傳回c,c的右子是g,g無子,通路g。

樹的周遊結束。其順序是:h-d-i-b-e-a-j-f-k-c-g。

形象的說,就是先通路左子樹,假如左子樹沒有子,則通路結點,并傳回,通路父,再通路父的右子樹。然後重複即可。——左-父-右的順序

樹的結點:

包括一個資料元素,和從這個元素,指向其各個子樹的分支(但不包括指向其父樹的分支)。

結點擁有的子樹數,稱為結點的度(degree),度為0的結點,稱為葉結點(leaf)或終端節點;

度不為0的結點,稱為非終端結點或分支結點。

除根結點外,分支結點也稱為内部結點。

樹的度為樹内各節點的度的最大值。

簡單來說,樹的每個結點都有度,看他往下連向幾個結點(隻考慮下一層,不考慮更深部分),其度就是幾,沒有就是0。

沒有繼續往下連接配接的(葉),就是葉結點;

不是根也不是葉的,就是内部結點;

每個結點都有度,所有結點中,度最大的結點的度,就是樹的度。

樹的順序:

之前說過,二叉樹的結點的左右子樹是不能交換的,也就是說,有順序的。

假如一個樹,其結點的子樹之間的左右順序,是有次序的,不能互相交換,那麼就說這個樹是有序樹,否則就是無序樹。

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