【数据结构】二叉树的遍历及应用

川长思鸟来 2022-05-23 11:52 186阅读 0赞

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## 【[fishing-pan][]：[https://blog.csdn.net/u013921430][https_blog.csdn.net_u013921430]转载请注明出处】 ##

## 前言 ##

在二叉树的应用中，常常要求在树中查找某些结点，或者对树中的结点统一进行某种处理。因此，就提到了二叉树的遍历问题，对于线性结构来说，遍历是一个很容易解决的问题，而二叉树偏偏是一种非线性的结构，因此需要寻找一种规律。

二叉树由三个基本单元组成，分别是根结点、左子树及右子树。依次遍历这三个部分就能遍历整个二叉树，以V、L、R表示访问根结点、遍历左子树及遍历右子树，则有VLR、VRL、RLV、RVL、LVR、LRV六种遍历二叉树的方案。若规定左子树一定先于右子树被遍历，就只剩下三种情况。再根据根结点被访问的次序，可以分为可以分别命名为先（根）序遍历，中（根）序遍历，后（根）序遍历。

为了方便理解，定义一个二叉树的结点类型和二叉树类型；

template<class T> class BinaryTree;
    
    template<class T>
    class BinaryTreeNode
    {
    	friend class BinaryTree<T>;
    public:
    	BinaryTreeNode();
    	BinaryTreeNode(T D, BinaryTreeNode <T> *L=NULL, BinaryTreeNode <T> *R=NULL)
    	{
    		data = D;
    		Lchild = L;
    		Rchild = R;
    	}
    
    private:
    	T data;
    	BinaryTreeNode <T> *Lchild ;
    	BinaryTreeNode <T> *Rchild ;
    
    };
    
    template<class T>
    class BinaryTree
    {
    public:
    	BinaryTree();
    	BinaryTree(T D, BinaryTreeNode <T> *L=NULL, BinaryTreeNode <T> *R=NULL)
    	{
    		root = new BinaryTreeNode<T>(D, L, R);
    	}
    	BinaryTree(BinaryTreeNode <T> *Node)
    	{
    		root = Node;
    	}
    	void PreOrder();
    	void PreOrder(BinaryTreeNode <T> *current);
    
    	void InOrder();
    	void InOrder(BinaryTreeNode <T> *current);
    
    	void PastOrder();
    	void PastOrder(BinaryTreeNode <T> *current);
    private:
    	BinaryTreeNode <T> *root=NULL;
    };

构建一个如下图的二叉树；

![20180608110951696][]

## 二叉树的遍历 ##

### 先序遍历 ###

先序遍历的规则如下：若当前二叉树为空，则返回空，否则

> 1. 访问根结点；
> 
> 2. 先序遍历左子树；
> 
> 3. 先序遍历右子树；

上图中的二叉树的先序遍历为：ABDEHIJKCFG

根据上面的关系，可以写出二叉树类的先序遍历的函数；

template<class T>
    void BinaryTree<T>::PreOrder()
    {
    	cout << "先序遍历：";
    	PreOrder(root);        //先序遍历
    }
    
    template<class T>
    void BinaryTree<T>::PreOrder(BinaryTreeNode <T> *current)
    {
    	if (current != NULL)                   //当current为空指针，说明已经到达叶结点
    	{
    		cout << current->data<<" ";        //首先输出当前结点的值
    		PreOrder(current->Lchild);         //递归调用左子树
    		PreOrder(current->Rchild);         //递归调用右子树
    	}
    }

![20180608111232724][]

### 中序遍历 ###

中序遍历的规则如下：若当前二叉树为空，则返回空，否则

> 1. 中序列根结点的左子树；
> 
> 2. 访问根结点；
> 
> 3. 中序遍历根结点的右子树；

上图中的二叉树的中序遍历为：DBHEJIKAFCG

根据上面的关系，可以写出二叉树类的中序遍历的函数；

template<class T>
    void BinaryTree<T>::InOrder()
    {
    	InOrder(root);        //先序遍历
    }
    
    template<class T>
    void BinaryTree<T>::InOrder(BinaryTreeNode <T> *current)
    {
    	if (current != NULL)                   //当current为空指针，说明已经到达叶结点
    	{
    		
    		InOrder(current->Lchild);         //递归调用左子树
    		cout << current->data << " ";        //首先输出当前结点的值
    		InOrder(current->Rchild);         //递归调用右子树
    	}
    }

![20180608111325107][]

### 后序遍历 ###

后序遍历的规则如下：若当前二叉树为空，则返回空，否则

> 1. 后序列根结点的左子树；
> 
> 2. 后序遍历根结点的右子树；
> 
> 3. 访问根结点；

上图中的二叉树的后序遍历为：DHJKIEBFGCA

根据上面的关系，可以写出二叉树类的后序遍历的函数；

template<class T>
    void BinaryTree<T>::PastOrder()
    {
    	PastOrder(root);        //先序遍历
    }
    
    template<class T>
    void BinaryTree<T>::PastOrder(BinaryTreeNode <T> *current)
    {
    	if (current != NULL)                   //当current为空指针，说明已经到达叶结点
    	{
    
    		PastOrder(current->Lchild);         //递归调用左子树	
    		PastOrder(current->Rchild);         //递归调用右子树
    		cout << current->data << " ";        //首先输出当前结点的值
    	}
    }

![20180608111348138][]

## 二叉树遍历的应用 ##

### 计算节点个数 ###

计算二叉树的节点的格式可以利用二叉树的遍历，常用的是后遍历，先遍历根结点的左子树和右子树，分别计算出左右子树的结点个数，然后加上根结点个数就是整个二叉树节点个数。

template<class T>
    int BinaryTree<T>::size(BinaryTreeNode <T> *current)
    {
    	if (current == NULL){ return 0; }
    	else{ return 1 + size(current->Lchild) + size(current->Rchild); }
    }

![20180608124226937][]

### 计算二叉树的高度 ###

与计算二叉树节点高度类似，计算二叉树高度时如果高度为0，返回-1；否则按照后序遍历规则，先递归计算根结点的左子树和右子树的高度，再求两者中的较大者，并加1，最终得到整个二叉树的高度；

template<class T>
    int BinaryTree<T>::depth(BinaryTreeNode <T> *current)
    {
    	if (current == NULL){ return -1; }
    	else{ return 1 + Max(depth(current->Lchild), depth(current->Rchild)); }
    }

![20180608124257692][]

## 知道先序（后序）和中序求二叉树后序（先序） ##

有一些题目喜欢提这样的问题，以知道先序和中序求后序为例，例如已知先序是ABDEHIJKCFG，已知中序是DBHEJIKAFCG，求二叉树的后序排列。（**知道先序和后序是无法求出中序的**）

其实了解二叉树的遍历后，这个题目很简单。由于先序是先遍历根结点，先序排列的第一个点必定根结点，也就是说A是根结点；再看中序遍历，先遍历左子树，左子树遍历玩才会遍历根结点，因此，排在A前方的全是左子树上的点，排在A后方的全是，**如果A在中序排列中也是排在第一个，说明它没有左子树**。因此有了如下结构；

![20180608131729945][]

再看左子树，此时左子树的先序为BDEHIJK，中序为DBHEJIK。同样的道理，B为A的左子树的根结点，中序排列中在B前面的为左子树，排在B后侧的为右子树；如此反复进行就能得出二叉树的结构，再进行后序遍历就能得出后序排列。

![20180608131758925][]

当知道后序和中序排列求先序排列时，也是同样的道理，二叉树的根结点是最后被遍历到的点。

根据上面的关系，可以的写出重建二叉树的函数；

template<class T>
    BinaryTreeNode<T>* BinaryTreeNode<T>::reConstructBinaryTree(vector<T> pre, vector<T> in)
    {
    	BinaryTreeNode<T> *BiTree=NULL;
    
    	int size = pre.size();
    	if (size != 0)
    	{
    		BiTree->data = pre[0];     //根结点赋值
    		//构建左右子树的序列；
    		vector<T> leftPre;
    		vector<T> leftIn;
    		vector<T> rightPre;
    		vector<T> rightIn;
    
    		//在中序排列中找到根结点的位置
    		int i = 0;
    		for (; i<size; i++)
    		{
    			if (in[i] == pre[0])
    			{
    				break;
    			}
    		}
    		for (int j = 0; j < size; j++)
    		{
    			if (j<i)        //中序序列：排在根结点之前的放入左子树
    			{
    				if (j != i)
    				{
    					leftIn.push_back(in[j]);
    				}
    
    			}
    			if (j>i)         //中序序列：排在根结点之后的放入右子树
    			{
    
    				rightIn.push_back(in[j]);
    			}
    		}
    		for (int j = 1; j < size; j++)
    		{
    			if (j <= i)      //先序序列：排在根结点之前的放入左子树
    			{
    				leftPre.push_back(pre[j]);
    			}
    			if (j>i)         //先序序列：排在根结点之后的放入右子树
    			{
    				rightPre.push_back(pre[j]);
    			}
    		}
    		if (leftIn.size() != 1){ BiTree->Lchild = reConstructBinaryTree(leftPre, leftIn); }
    		if (rightIn.size() != 1){ BiTree->Rchild = reConstructBinaryTree(rightPre, rightIn); }
    	}
    
    	return BiTree;
    }

## 最后 ##

二叉树的应用非常多，例如堆排序，二叉排序树，霍夫曼树等等，需要更多地去了解。

已完。

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[20180608111325107]: /images/20220523/bd601bc6114b47f2a207963a7c67323f.png
[20180608111348138]: /images/20220523/b0e80d97f41f41169bf72cf53b0ad0c9.png
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[20180608124257692]: /images/20220523/a31d0759961f4724bc3a5bc3ca4faf0a.png
[20180608131729945]: /images/20220523/fa248befb1f449eba0628c12738c308a.png
[20180608131758925]: /images/20220523/56024b6dc97b490797d8bec0de244c4a.png