二叉树的定义、性质、存储

二叉树的定义

二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构。通常子树被称作“左子树”(left subtree)和“右子树”(right subtree)。二叉树常被用于实现二叉查找树和二叉堆。

二叉树的每个结点至多只有二棵子树(不存在度大于2的结点),二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒。

                       

特殊二叉树

1. 斜树

所有结点都只有左子树的二叉树叫左斜树,所有结点都只有右子树的二叉树叫右斜树。斜树的每一层都只有一个结点,结点的个数与斜树的深度相同。

2. 满二叉树

在一棵二叉树中,如果所有分支结点都存在左子树和右子树,并且所有叶子结点都在同一层上,这样的二叉树称为满二叉树。(上图中所示的二叉树,就是一棵满二叉树)

3. 完全二叉树

对一棵具有n个结点的二叉树按层序编号,如果编号为i(1≤i≤n)的结点与同样深度的满二叉树中的编号为i的结点在二叉树中的位置完全相同,则这棵二叉树称为完全二叉树。

                     

二叉树的性质

性质1:在二叉树的第i层上至多有2i-1个结点(i≥1)。(数学归纳法可证)

性质2:深度为k的二叉树最多有2k-1个结点(k≥1)。(由性质1,通过等比数列求和可证)

性质3:一棵二叉树的叶子结点数为n0,度为2的结点数为n2,则n0 = n2 + 1。

证:结点总数n = n0 + n1 + n2。设B为分支总数,因为除根节点外,其余结点都有一个分支进入,所以n = B + 1。又因为分支是由度为1或2的结点射出,所以B = n1 + 2n2。综上:n = n0 + n1 + n2 = B + 1 = n1 + 2n2 + 1,得出:n0 = n2 + 1。

性质4:具有n个结点的完全二叉树的深度为floor(log2n) + 1 。

性质5:如果对一棵有n个结点的完全二叉树(其深度为floor(log2n) + 1 )的结点按层序编号,则对任一结点i(1≤i≤n)有:

(1) 如果i = 1,则结点i是二叉树的根,无双亲;如果i > 1,则其双亲PARENT(i)是结点 floor((i)/2)。

(2)如果2i > n,则结点i无左孩子;否则其左孩子LCHILD(i)是结点2i。

(3)如果2i + 1 > n,则结点i无右孩子;否则其右孩子RCHILD(i)是结点2i + 1。

 

二叉树的存储

1. 顺序存储结构

二叉树可以用一维数组或线性表来存储,而且如果这是完全二叉树,这种方法不会浪费空间。

并且这种紧凑排列,如果一个结点的索引为i,则它的子结点能在索引2i+1和2i+2找到,并且它的父节点(如果有)能在索引floor((i-1)/2)找到(假设根节点的索引为0)。

对于一般的二叉树,其层序编号不能反映出逻辑关系,但是可以将其按照完全二叉树编号,只不过把不存在的结点设置为NULL即可。但这么做有一个问题,就是会浪费存储空间。最坏情况下,一个深度为k的斜树(只有k个结点),却需要长度为2k-1的一维数组。所以顺序存储结构一般只用于完全二叉树。

2. 链式存储结构

每个结点含有一个数据域和两个指针域(分别指向左右子树)。

// 二叉树的二叉链表存储表示

 typedef struct BiTNode

 {

   TElemType data;

   struct BiTNode *lchild,*rchild; // 左右孩子指针

 }BiTNode,*BiTree;

利用这种结点结构所得的二叉树存储结构称之为二叉链表。在二叉链表中,如果想找到某个结点的双亲,需要从根节点开始遍历,所以有时为了便于找到结点的双亲,还可以在结点结构中增加一个指向其双亲结点的指针域,相应的二叉树存储结构称之为三叉链表。

Reference:

[1] 《大话数据结构》

[2] 《数据结构 严蔚敏》

[3]  wikipedia(二叉树):http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E5%8F%89%E6%A0%91

 

posted on 2012-11-01 18:17  zhuyf87  阅读(15162)  评论(0编辑  收藏  举报

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