数据结构专题——二叉查找树
2015-04-01 08:25
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一、二叉查找树(Binary Search Tree)
名称
二叉搜索树(Binary Search Tree) 有序二叉树(Ordered Binary Tree) 已排序二叉树(Sorted Binary Tree)二叉查找树能够实现动态查找。
二叉树性质
若任意节点的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值;若任意节点的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值;
任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树;
没有键值相等的结点;
重要特性
设树高度为h,结点数为n,关键字key,结点x的左孩子为x.left,右孩子为x.right,双亲为x.p遍历
按中序遍历二叉查找树,可以得到一个关键字递增或递减的有序序列。遍历时间复杂度:O(n)
伪代码(获得递增序列)
INORDER-TREE-WALK(x) if x != NULL INORDER-TREE-WALK(x.left) print x.key INORDER-TREE-WALK(x.right)
查找
在二叉查找树中查找给定关键字的结点。查找时间复杂度:O(h)
伪代码(采用迭代方式)
TREE-SEARCH(x,k) while x != NULL and x.key != k if k < x.left x = x.left else x = x.right return x
最大关键字元素和最小关键字元素
获得二叉查找树中的最小关键字或最大关键字的结点时间复杂度:O(h)
(与《算法导论》不同,这里不假设给定结点不为NIL)
伪代码(最小关键字结点)
TREE-MINIMUM(x) while x != NULL x = x.left return x
伪代码(最大关键字结点)
TREE-MAXIMUM(x) while x != NULL x = x.right return x
前驱和后继
获得给定结点的前驱和后继结点注意:这里前驱后继结点针对二叉查找数的中序遍历次序。
时间复杂度:O(h)
伪代码(后继,给定结点不为NIL)
TREE-SUCCESSOR(x) if x.right != NULL return TREE-MINIMUM(x.right) y = x.p while y != NULL and y.rig ht == x x = y y = x.p return y
伪代码(前驱,给定结点不为NIL)
TREE-PREDECESSOR(x) if x.left != NULL return TREE-MAXIMUM(x.left) y = x.p while y != NULL and y.left == x x = y y = y.p return y
插入和删除
将新的结点插入到二叉查找树中或从二叉查找树中删除。注意:新的结点z实际上由key值k给出,预先初始化结点z:z.key=k,z.left=NIL,z.right=NIL
时间复杂度:O(h)
伪代码(插入)
TREE-INSERT(T,z) x = T.root while x != NULL y = x if z.key < x.key x = x.left else x = x.right z.p = y if x == NULL T.root = z else if z.key < y.key y.left = z else y.right = z
二叉查找树结点的删除是一个比较复杂的操作。
如果z没有孩子,那么只是简单地将它删除,并修改它的父结点,用NIL作为孩子结点来替换z。
如果z只有一个孩子,那么将这个孩子提升到树中z的位置上,并修改z的父结点,用z的孩子来替换z。
如果z有两个孩子,那么找z的后继y(一定是在z的右子树中),并让y占据树中z的位置。z原来右子树的部分成为y的新右子树,并且z原来左子树的部分成为y的新左子树。
伪代码(子过程:用另一棵子树替换一棵子树并成为其双亲的孩子结点)
TRANSPLANT(T,u,v) if u.p == NULL T.root = v else if u == u.p.left u.p.left = v else u.p.right = v if v != NULL v.p = u.p
伪代码(删除)
TREE-DELETE(T,z) if z.left == NULL TRANSPLANT(T, z, z.right) else if z.right == NULL TRANSPLANT(T, z, z.left) else y = TREE-MINIMUM(T,z.right) if y.p != z TRANSPLANT(T, y, y.right) y.right = z.right y.right.p = y TRANSPLANT(T,z,y) y.left = z.left y.left.p = y
随机构建二叉查找树
一棵用n个不同关键字的随机构建二叉查找树的期望高度为O(lgn)。注意:《算法导论》给出了详细证明过程。
最坏情况分析
二叉查找树上述操作最坏情况是O(n),此时一个数列有序,树退化成线性表,树的高度h = n。(先后插入的数本身是有序时会形成)相关文章推荐
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