【数据结构】二叉树 链式结构的相关问题
本篇文章来详细介绍一下二叉树链式结构经常使用的相关函数，以及相关的的OJ题。
目录
1.前置说明
2.二叉树的遍历
2.1 前序、中序以及后序遍历
2.2 层次遍历
3.节点个数相关函数实现
3.1 二叉树节点个数
3.2 二叉树叶子节点个数
3.3 二叉树第k层节点个数
3.4 在二叉树中查找值为x的节点
4.二叉树基础oj练习
5.二叉树的创建和销毁
5.1 通过前序遍历构建二叉树
5.2 销毁二叉树
5.3 判断二叉树是否为完全二叉树
1.前置说明
在学习链式二叉树的基本操作前，需先要创建一棵二叉树，然后才能学习其相关的基本操作。由于现在大家对二叉树结构掌握还不够深入，为了降低大家学习成本，此处手动快速创建一棵简单的二叉树，快速进入二叉树操作学习，等二叉树结构了解的差不多时，我们反过头再来研究二叉树真正的创建方式。
typedef int BTDataType;typedef struct BinaryTreeNode
{BTDataType data;struct BinaryTreeNode* left;struct BinaryTreeNode* right;
}BTNode;//创造树节点
BTNode* BuyNode(BTDataType x)
{BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return NULL;} newnode->data = x;newnode->left = newnode->right = NULL;return newnode;
}// 构建二叉树
BTNode* CreatBinaryTree()
{BTNode* node1 = BuyNode(1);BTNode* node2 = BuyNode(2);BTNode* node3 = BuyNode(3);BTNode* node4 = BuyNode(4);BTNode* node5 = BuyNode(5);BTNode* node6 = BuyNode(6);node1->Left = node2;node1->Right = node4;node2->Left = node3;node4->Right = node5;node4->Left = node6;return node1;
}注意:上述代码并不是创建二叉树的方式，真正创建二叉树方式后面详解重点讲解。
再看二叉树基本操作前，再回顾下二叉树的概念，二叉树是:
- 空树
- 非空：根节点，根节点的左子树、根节点的右子树组成的。
创建的二叉树图解：
从概念中可以看出，二叉树定义是递归式的，因此后序基本操作中基本都是按照该概念实现的。
2.二叉树的遍历
2.1 前序、中序以及后序遍历
学习二叉树结构，最简单的方式就是遍历。所谓二叉树遍历(Traversal)是按照某种特定的规则，依次对二叉树中的节点进行相应的操作，并且每个节点只操作一次。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。遍历是二叉树上最重要的运算之一，也是二叉树上进行其它运算的基础。
按照规则，二叉树的遍历有：前序/中序/后序的递归结构遍历:
- 前序遍历(Preorder Traversal亦称先序遍历)――访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之前。
- 中序遍历(Inorder Traversal)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之中(间)。
- 后序遍历(Postorder Traversal)——访问根结点的操作发生在遍历其左右子树之后。
由于被访问的结点必是某子树的根，所以N(Node)、L(Left subtree)和R(Right subtree)又可解释为根、根的左子树和根的右子树。NLR、LNR和LRN分别又称为先根遍历、中根遍历和后根遍历。
// 二叉树前序遍历
void BinaryTreePrevOrder(BTNode* root);
// 二叉树中序遍历
void BinaryTreeInOrder(BTNode* root);
// 二叉树后序遍历
void BinaryTreePostOrder(BTNode* root);三个函数实现起来非常相似，只是访问数据的顺序不同。
具体实现：
// 二叉树前序遍历
void BinaryTreePrevOrder(BTNode* root)
{if (root==NULL){printf("# ");return;}printf("%c ",root->data);BinaryTreePrevOrder(root->left);BinaryTreePrevOrder(root->right);
}
// 二叉树中序遍历
void BinaryTreeInOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){printf("#");return;}BinaryTreePrevOrder(root->left);printf("%c ", root->data);BinaryTreePrevOrder(root->right);
}
// 二叉树后序遍历
void BinaryTreePostOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){printf("#");return;}BinaryTreePrevOrder(root->left);BinaryTreePrevOrder(root->right);printf("%c ", root->data);
}下面主要分析前序递归遍历，中序与后序图解类似，大家可自己动手绘制。
前序遍历递归图解：
前序遍历结果：1 2 3 4 5 6
中序遍历结果：3 2 1 5 4 6
后序遍历结果：3 2 5 6 4 1
2.2 层次遍历
层序遍历：除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外，还可以对二叉树进行层序遍历。设二叉树的根节点所在层数为1，层序遍历就是从所在二叉树的根节点出发，首先访问第一层的树根节点，然后从左到右访问第2层上的节点，接着是第三层的节点，以此类推，自上而下，自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历。
那么我们怎么实现呢？
这里需要使用队列，让根节点先入堆，再出队，出队时让左右子树入堆，空树不进队，按照这个方式可以实现二叉树的层次遍历。
具体实现：这里队列相关函数要自己实现，C++就方便多了，以后会讲。
// 层序遍历
void BinaryTreeLevelOrder(BTNode* root)
{//创建一个队列Queue q;//初始化队列QueueInit(&q);if (root)QueuePush(&q, root);while (!QueueEmpty(&q)){BTNode* front = QueueFront(&q);QueuePop(&q);printf("%c ", front->data);if (front->left){QueuePush(&q, front->left);}if (front->right){QueuePush(&q, front->right);}}printf("\n");QueueDestroy(&q);
}3.节点个数相关函数实现
3.1 二叉树节点个数
=左子树的节点数+右子树的节点数+根节点数。根节点数为1。
// 二叉树节点个数
int BinaryTreeSize(BTNode* root)
{if (root == NULL){return 0;}return BinaryTreeSize(root->left) + BinaryTreeSize(root->right) + 1;
}3.2 二叉树叶子节点个数
=左子树的叶子节点数+右子树的叶子节点数。
// 二叉树叶子节点个数
int BinaryTreeLeafSize(BTNode* root)
{if (root == NULL){return 0;}if (root->right == NULL && root->left == NULL){return 1;}return BinaryTreeLeafSize(root->left) + BinaryTreeLeafSize(root->right);
}3.3 二叉树第k层节点个数
=左子树的K-1层节点数+右子树的K-1层节点数。
// 二叉树第k层节点个数
int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k)
{assert(k > 0);if (root == NULL){return 0;}if (k == 1){return 1;}return BinaryTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BinaryTreeLevelKSize(root->right, k - 1);
}3.4 在二叉树中查找值为x的节点
=根节点不是，就在左子树和右子树中寻找
//在二叉树中查找值为x的节点
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{if (root == NULL){return NULL;}if (root->data == x){return root;}BTNode* left = BinaryTreeFind(root->left, x);BTNode* right = BinaryTreeFind(root->right, x);return left == NULL ? right : left;
}4.二叉树基础oj练习
- 单值二叉树。OJ链接
- 检查两颗树是否相同。OJ链接
- 对称二叉树。OJ链接
- 二叉树的前序遍历。OJ链接
- 二叉树中序遍历。OJ链接
- 二叉树的后序遍历。OJ链接
- 另一颗树的子树。OJ链接
5.二叉树的创建和销毁
二叉树的构建及遍历。OJ链接
5.1 通过前序遍历构建二叉树
通过前序遍历的数组"ABD##E#H##CF##G##"构建二叉树，'#'代表空。
代码实现：
//开辟树节点空间
BTNode* BuyNode(char x)
{BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));newnode->data = x;newnode->left = newnode->right = NULL;return newnode;
}
//构建树
BTNode* CreatTree(char* arr,int*i)
{if(arr[*i] =='#'){(*i)++;return NULL;}BTNode* node = BuyNode(arr[*i]);(*i)++;node->left = CreatTree(arr,i);node->right = CreatTree(arr,i);return node;
}int main()
{char arr[] = "ABD##E#H##CF##G##";int i = 0;//传递下标的地址，这样就可以通过地址修改下标。BTNode* tree = CreatTree(arr, &i);return 0;
}5.2 销毁二叉树
这里是后序思想，先释放左右子树，最后释放根节点。
// 二叉树销毁
void BinaryTreeDestory(BTNode** root)
{if (*root == NULL){return;}BinaryTreeDestory(&((*root)->left));BinaryTreeDestory(&((*root)->right)); free(*root);*root = NULL;
}5.3 判断二叉树是否为完全二叉树
这里也是通过队列进行判断，之前层次遍历空树不进队，而这里空树进队，当出队时遇到空时，停止出队，判断队列中是否有非空，如果有就不是完全二叉树。
代码实现：
// 判断二叉树是否是完全二叉树
int BinaryTreeComplete(BTNode* root)
{Queue q;QueueInit(&q);if (root)QueuePush(&q, root);while (!QueueEmpty(&q)){BTNode* front = QueueFront(&q);if (front != NULL){QueuePop(&q);QueuePush(&q, front->left);QueuePush(&q, front->right);}else{//遇到空就跳出break;}}//检查后面节点有没有非空//有非空就不是完全二叉树while (!QueueEmpty(&q)){BTNode* front = QueueFront(&q);QueuePop(&q);if (front != NULL) return 0;//不是}return 1;//是
}本篇结束！