9-3线索化二叉树
线索化
引出
一个问题：
基本介绍
图解
应用
代码实现
package com.company.tree;
/**
* @Title: 二叉树相关操作
* @Description：
* @Author： Uncle Ming
* @Date：2017年1月6日 下午2:49:14
* @Version V1.0
*/
public class ThreadedBinaryTree {
private Node preNode; //线索化时记录前一个节点
//节点存储结构
static class Node {
String data; //数据域
Node left; //左指针域
Node right; //右指针域
boolean isLeftThread = false; //左指针域类型 false：指向子节点、true：前驱或后继线索
boolean isRightThread = false; //右指针域类型 false：指向子节点、true：前驱或后继线索
Node(String data) {
this.data = data;
}
}
/**
* 通过数组构造一个二叉树（完全二叉树）
* @param array
* @param index
* @return
*/
static Node createBinaryTree(String[] array, int index) {
Node node = null;
if(index < array.length) {
node = new Node(array[index]);
node.left = createBinaryTree(array, index * 2 + 1);
node.right = createBinaryTree(array, index * 2 + 2);
}
return node;
}
/**
* 中序线索化二叉树
* @param node 节点
*/
void inThreadOrder(Node node) {
if(node == null) {
return;
}
//处理左子树
inThreadOrder(node.left);
//左指针为空,将左指针指向前驱节点
if(node.left == null) {
node.left = preNode;
node.isLeftThread = true;
}
//前一个节点的后继节点指向当前节点
if(preNode != null && preNode.right == null) {
preNode.right = node;
preNode.isRightThread = true;
}
preNode = node;
//处理右子树
inThreadOrder(node.right);
}
/**
* 中序遍历线索二叉树，按照后继方式遍历（思路：找到最左子节点开始）
* @param node
*/
void inThreadList(Node node) {
//1、找中序遍历方式开始的节点
while(node != null && !node.isLeftThread) {
node = node.left;
}
while(node != null) {
System.out.print(node.data + ", ");
//如果右指针是线索
if(node.isRightThread) {
node = node.right;
} else { //如果右指针不是线索，找到右子树开始的节点
node = node.right;
while(node != null && !node.isLeftThread) {
node = node.left;
}
}
}
}
/**
* 中序遍历线索二叉树，按照前驱方式遍历（思路：找到最右子节点开始倒序遍历）
* @param node
*/
void inPreThreadList(Node node) {
//1、找最后一个节点
while(node.right != null && !node.isRightThread) {
node = node.right;
}
while(node != null) {
System.out.print(node.data + ", ");
//如果左指针是线索
if(node.isLeftThread) {
node = node.left;
} else { //如果左指针不是线索，找到左子树开始的节点
node = node.left;
while(node.right != null && !node.isRightThread) {
node = node.right;
}
}
}
}
/**
* 前序线索化二叉树
* @param node
*/
void preThreadOrder(Node node) {
if(node == null) {
return;
}
//左指针为空,将左指针指向前驱节点
if(node.left == null) {
node.left = preNode;
node.isLeftThread = true;
}
//前一个节点的后继节点指向当前节点
if(preNode != null && preNode.right == null) {
preNode.right = node;
preNode.isRightThread = true;
}
preNode = node;
//处理左子树
if(!node.isLeftThread) {
preThreadOrder(node.left);
}
//处理右子树
if(!node.isRightThread) {
preThreadOrder(node.right);
}
}
/**
* 前序遍历线索二叉树（按照后继线索遍历）
* @param node
*/
void preThreadList(Node node) {
while(node != null) {
while(!node.isLeftThread) {
System.out.print(node.data + ", ");
node = node.left;
}
System.out.print(node.data + ", ");
node = node.right;
}
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = {"A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H"};
Node root = createBinaryTree(array, 0);
ThreadedBinaryTree tree = new ThreadedBinaryTree();
tree.inThreadOrder(root);
System.out.println("中序按后继节点遍历线索二叉树结果：");
tree.inThreadList(root);
System.out.println("\n中序按后继节点遍历线索二叉树结果：");
tree.inPreThreadList(root);
Node root2 = createBinaryTree(array, 0);
ThreadedBinaryTree tree2 = new ThreadedBinaryTree();
tree2.preThreadOrder(root2);
tree2.preNode = null;
System.out.println("\n前序按后继节点遍历线索二叉树结果：");
tree.preThreadList(root2);
}
}
后续线索二叉树
遍历后序线索化二叉树的思路：
由于是后序线索化，那么后序遍历的开始节点一定是最左子节点，从根节点出发找到最左子节点，如何判断是否是最左子节点呢？如果是最左子节点，则其left指针一定的线索，如上图我们找到最左子节点H，H的right指针是后继线索，找到节点I，节点I的right指针是后继线索，找到节点D，节点D的right指针是子节点I，并不是后继线索指针，那么问题来了？此时我们该如何处理呢？
通过观察D的后继节点E，但是D与E没有直接线索，不过D的父节点是B，B的右字节是E，存在这样一个间接的关系，我们是否可以利用这个间接的关系呢？答案是肯定的，但是按照我们上文介绍的节点数据结构，并不存在指向父节点的指针，因此我们要对节点数据结构进行修改，修改如下：
//节点存储结构
static class Node {
String data; //数据域
Node left; //左指针域
Node right; //右指针域
Node parent; //父节点的指针（为了后序线索化使用）
boolean isLeftThread = false; //左指针域类型 false：指向子节点、true：前驱或后继线索
boolean isRightThread = false; //右指针域类型 false：指向子节点、true：前驱或后继线索
Node(String data) {
this.data = data;
}
}
----------------------------------------------------------------------------------------------------
package com.bj58.demo.struct;
/**
* @Title: 后序线索化二叉树相关操作
* @Description：
* @Author： Uncle Ming
* @Date：2017年1月8日 下午3:42:14
* @Version V1.0
*/
public class PostThreadBinaryTree {
private Node preNode; //线索化时记录前一个节点
//节点存储结构
static class Node {
String data; //数据域
Node left; //左指针域
Node right; //右指针域
Node parent; //父节点的指针（为了后序线索化使用）
boolean isLeftThread = false; //左指针域类型 false：指向子节点、true：前驱或后继线索
boolean isRightThread = false; //右指针域类型 false：指向子节点、true：前驱或后继线索
Node(String data) {
this.data = data;
}
}
/**
* 通过数组构造一个二叉树（完全二叉树）
* @param array
* @param index
* @return
*/
static Node createBinaryTree(String[] array, int index) {
Node node = null;
if(index < array.length) {
node = new Node(array[index]);
node.left = createBinaryTree(array, index * 2 + 1);
node.right = createBinaryTree(array, index * 2 + 2);
//记录节点的父节点（后序线索化遍历时使用）
if(node.left != null) {
node.left.parent = node;
}
if(node.right != null) {
node.right.parent = node;
}
}
return node;
}
/**
* 后序线索化二叉树
* @param node 节点
*/
void postThreadOrder(Node node) {
if(node == null) {
return;
}
//处理左子树
postThreadOrder(node.left);
//处理右子树
postThreadOrder(node.right);
//左指针为空,将左指针指向前驱节点
if(node.left == null) {
node.left = preNode;
node.isLeftThread = true;
}
//前一个节点的后继节点指向当前节点
if(preNode != null && preNode.right == null) {
preNode.right = node;
preNode.isRightThread = true;
}
preNode = node;
}
/**
* 后续遍历线索二叉树，按照后继方式遍历（思路：后序遍历开始节点是最左节点）
* @param node
*/
void postThreadList(Node root) {
//1、找后序遍历方式开始的节点
Node node = root;
while(node != null && !node.isLeftThread) {
node = node.left;
}
Node preNode = null;
while(node != null) {
//右节点是线索
if(node.isRightThread) {
System.out.print(node.data + ", ");
preNode = node;
node = node.right;
} else {
//如果上个处理的节点是当前节点的右节点
if(node.right == preNode) {
System.out.print(node.data + ", ");
if(node == root) {
return;
}
preNode = node;
node = node.parent;
} else { //如果从左节点的进入则找到有子树的最左节点
node = node.right;
while(node != null && !node.isLeftThread) {
node = node.left;
}
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
String[] array = {"A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H", "I"};
Node root = createBinaryTree(array, 0);
PostThreadBinaryTree tree = new PostThreadBinaryTree();
tree.postThreadOrder(root);
System.out.println("后序按后继节点遍历线索二叉树结果：");
tree.postThreadList(root);
}
}
前序、中序、后序线索化比较
- 前序线索化二叉树遍历相对最容易理解，实现起来也比较简单。由于前序遍历的顺序是：根左右，所以从根节点开始，沿着左子树进行处理，当子节点的left指针类型是线索时，说明到了最左子节点，然后处理子节点的right指针指向的节点，可能是右子树，也可能是后继节点，无论是哪种类型继续按照上面的方式（先沿着左子树处理，找到子树的最左子节点，然后处理right指针指向），以此类推，直到节点的right指针为空，说明是最后一个，遍历完成。
- 中序线索化二叉树的网上相关介绍最多。中序遍历的顺序是：左根右，因此第一个节点一定是最左子节点，先找到最左子节点，依次沿着right指针指向进行处理（无论是指向子节点还是指向后继节点），直到节点的right指针为空，说明是最后一个，遍历完成。
- 后序遍历线索化二叉树最为复杂，通用的二叉树数节点存储结构不能够满足后序线索化，因此我们扩展了节点的数据结构，增加了父节点的指针。后序的遍历顺序是：左右根，先找到最左子节点，沿着right后继指针处理，当right不是后继指针时，并且上一个处理节点是当前节点的右节点，则处理当前节点的右子树，遍历终止条件是：当前节点是root节点，并且上一个处理的节点是root的right节点。
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