• 数据结构和算法(5)-树


    上接前篇数据结构和算法(4)-树


    4.3 树的基本算法

    4.3.1 getSize()⎯⎯统计(子)树的规模

    • 一棵树的规模,等于根节点下所有子树规模之和再加一,也等于根节点的后代总数。

    该算法首先通过 firstChild 引用找出根节点的长子,并沿着 nextSibling 引用顺次找到其余的孩子,递归地统计出各子树的规模。最后,只要将所有子树的规模累加起来,再计入
    根节点本身,就得到了整棵树的规模。该算法在每个节点上只需花费常数时间,因此若树的规模为 n,则总的时间复杂度为 O(n)。

    4.3.2 getHeight()⎯⎯计算节点的高度

    • 若 u 是 v 的孩子,则 height(v) ≥ height(u) + 1;
    • height(v) = 1 + max height(u);

    因此,算法 getHeight(v)也是首先通过 firstChild 引用找出根节点的长子,并沿着 nextSibling引用顺次找到其余的孩子,递归地计算出各子树的高度。最后,只要找出所有子树的最大高度,再计入根节点本身,就得到了根节点的高度(即树高);getHeight(v)算法的运行时间也是 O(n),

    4.3.3 getDepth()⎯⎯计算节点的深度

    • 若 u 是 v 的孩子,则 depth(u) = depth(v) + 1。
      算法 getDepth(v)将从 v 的父亲开始,沿着 parent 指针不断上移,直到深度为 0 的树根。
      由于该算法只需访问 v 的所有真祖先,而且在每个节点只需 O(1)时间,故其复杂度为O(depth(v))。

    4.3.4 前序、后序遍历

    最基本的树遍历算法⎯⎯前序遍历( Preoder trave rsal)和后
    序遍历( Postorder traver sal)

    算法: PreorderTraversal(v)
    输入:树节点v
    输出: v所有后代的前序遍历序列
    {
    	if (null != v) {
    		首先访问并输出v;
    		for (u = v.getFirstChild(); null != u; u = u.getNextSibling()) //依次
    		PreorderTraversal(u);//前序遍历v的各棵子树
    	}
    }
    

    在这里插入图片描述

    算法: PostorderTraversal(v)
    输入:树节点v
    输出: v所有后代的后序遍历序列
    {
    	if (null != v) {
    		for (u = v.getFirstChild(); null != u; u = u.getNextSibling()) //依次
    		PostorderTraversal(u);//后序遍历v的各棵子树
    		当所有后代都访问过后,最后才访问并输出节点v;
    	}
    }
    

    在这里插入图片描述

    4.3.5 层次遍历

    在这种遍历中,各节点被访问的次序取决于它们各自的深度,其策略可以总结为“深度小的节点优先访问”。

    算法: LevelorderTraversal(v)
    输入:树节点v
    输出: v所有后代的层次遍历序列
    {
    	if (null != v) {
    		创建一个队列Q;
    		Q.enqueue(v);//根节点入队
    		while (!Q.isEmpty()) {//在队列重新变空之前
    			u = Q.dequeue();//取出队列的首节点u
    			访问并输出u;
    			for (w = u.getFirstChild(); null != w; w = w.nextSibling())//依次将u的
    			Q.enqueue(w);//每个孩子w加至队列中
    		} //while
    	} //if
    }
    

    在这里插入图片描述

    4.3.6 树迭代器

    /**
    * 基于列表实现的树迭代器
    */
    public class IteratorTree implements Iterator {
    	private List list;//列表
    	private Position nextPosition;//当前(下一个)元素的位置
    	//默认构造方法
        public IteratorTree() { list = null; }
    	//前序遍历
    	public void elementsPreorderIterator(TreeLinkedList T) {
    		if (null == T) return;//递归基
    		list.insertLast(T);//首先输出当前节点
    		TreeLinkedList subtree = T.getFirstChild();//从当前节点的长子开始
    		while (null != subtree) {//依次对当前节点的各个孩子
    			this.elementsPreorderIterator(subtree);//做前序遍历
    			subtree = subtree.getNextSibling();
    		}
    	}
    	//后序遍历
    	public void elementsPostorderIterator(TreeLinkedList T) {
    		if (null == T) return;//递归基
    		TreeLinkedList subtree = T.getFirstChild();//从当前节点的长子开始
    		while (null != subtree) {//依次对当前节点的各个孩子
    			this.elementsPostorderIterator(subtree);//做后序遍历
    			subtree = subtree.getNextSibling();
    		}
    		list.insertLast(T);//当所有后代都访问过后,最后才访问当前节点
    	}
    	//层次遍历
    	public void levelTraversalIterator(TreeLinkedList T) {
    		if (null == T) return;
    		Queue_List Q = new Queue_List();//空队
    		Q.enqueue(T);//根节点入队
    		while (!Q.isEmpty()) {//在队列重新变空之前
    		TreeLinkedList tree = (TreeLinkedList) (Q.dequeue());//取出队列首节点
    		list.insertLast(tree);//将新出队的节点接入迭代器中
    		TreeLinkedList subtree = tree.getFirstChild();//从tree的第一个孩子起
    			while (null != subtree) {//依次找出所有孩子,并
    			Q.enqueue(subtree);//将其加至队列中
    			subtree = subtree.getNextSibling();
    			}
    		}
    	}
    
    	//检查迭代器中是否还有剩余的元素
    	public boolean hasNext() { return (null != nextPosition); }
    	//返回迭代器中的下一元素
    	public Object getNext() throws ExceptionNoSuchElement {
    		if (!hasNext()) throw new ExceptionNoSuchElement("No next position");
    		Position currentPosition = nextPosition;
    		if (currentPosition == list.last())//若已到达尾元素,则
    		nextPosition = null;//不再有下一元素
    		else//否则
    		nextPosition = list.getNext(currentPosition);//转向下一元素
    		return currentPosition.getElem();
    	}
    }
    

    树的前序、后序及层次遍历,均可在 O(n)时间内完成,其中 n 为树本身的规模。


    来源于:Java数据结构,邓俊辉

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/DiZhang/p/12544890.html
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