• 《算法导论》第12章 二叉查找树 (2)查找、插入与删除



    1. 查找

    利用二叉查找树左小右大的性质,可以很容易实现查找任意值和最大/小值。

    BSTNode * bst_search(BSTNode *node, int key)
    {
         while (node && key != node->key) {
              if (key < node->key)
                   node = node->left;
              else
                   node = node->right;
         }
         return node;
    }
    
    BSTNode * bst_minimum(BSTNode *node)
    {
         while (node->left != NULL)
              node = node->left;
         return node;
    }


    2. 插入

    插入新结点的逻辑比较简单,关键是确定插入位置。

    1. 首先为新结点分配内存并初始化。

    2. 从根结点开始比较,小于已存在结点的键值则继续与其左子结点比较,
         否则与其右子结点比较。一直这样比较到叶子结点从而确定插入位置。

    3. 将新结点与此叶子结点关联。

    void bst_insert(BSTNode **root, int key, char *val)
    {
         // 1.New node inserted to BST
         BSTNode *newNode = malloc(sizeof(BSTNode));
         newNode->left = newNode->right = NULL;
         newNode->key = key;
         newNode->value = val;
        
         // 2.Locate insert location
         BSTNode *pNode = NULL;
         BSTNode *node = *root;
         while (node != NULL) {
              pNode = node;
              if (key < node->key)
                   node = node->left;
              else
                   node = node->right;
         }
        
         // 3.Link newNode to pNode
         newNode->parent = pNode;
    
         // Link pNode to newNode
         if (pNode == NULL)
              *root = newNode;
         else if (key < pNode->key)
              pNode->left = newNode;
         else
              pNode->right = newNode;         
    }
    


    3. 删除


    3.1 三种情况

    删除二叉查找树中的结点稍微复杂一些,根据要删除结点的孩子结点的个数
    ,可以分为三种情况来处理:(假定要删除的结点为Z)



    1. 结点Z没有孩子结点,那么直接删除Z就行了。

    2. 结点Z有一个孩子结点,那么删除Z,将Z的父结点与此孩子结点(子树)关联就可以了。
    (图中的a和b)

    3. 结点Z有两个孩子结点,删除Z该怎样将Z的父结点与这两个孩子结点关联呢?
    这种情况下不能直接删除Z,而是要用Z的后继(比Z的键值稍大的结点)来替代Z。
    实现方法就是将后继从二叉树中删除,将后继的数据覆盖到Z中。
    (图中的d)

    图片来自《算法导论》第三版,与第二版的删除算法不太一样,而且多处理了一种特殊情况c,
    即删除结点Z是二叉树的根结点。后面的删除代码是第二版的算法,在看删除代码前,先看
    如何找到一个结点的后继。


    3.2 后继

    一个结点的后继是该结点的后一个,即比该结点键值稍大的结点。
    所以,该结点右子树中的最小结点就是该结点的后继。如图结点7的后继就是9。
    即可以直接从该结点的右子树中,沿左一直遍历到叶子结点从而找到最小值。



    但如果该结点没有右孩子怎么办?例如结点13的后继。
    结点没有右孩子,说明该结点在子树中是最大值。
    那么就要找到13所在子树的父结点,并且:

    1. 该子树的是这个父结点的左孩子。
    2. 高度最低的这样的父结点。

    BSTNode * bst_successor(BSTNode *node)
    {
         if (node->right != NULL)
              return bst_minimum(node);
    
         BSTNode *sucNode = node->parent;
         while (sucNode != NULL && node == sucNode->right) {
              node = sucNode;
              sucNode = sucNode->parent;
         }
         return sucNode;
    }
    


    3.3 删除

    学会了如何找到任意结点的后继,现在接着说二叉查找树的结点删除。
    对于情况3,要删除结点Z的左右孩子都存在的情况,要用Z的后继要替代Z。
    这需要先删掉后继,那如果Z的后继也有两个孩子怎么办?

    这种情况是不可能的。习题12.2-5要证明的就是:如果二叉查找树中的
    某个结点有两个子女,则其后继没有左子女,其前趋没有右子女。
    简单地想,后继的左子女比后继小,结点与后继之间是不可能有其他结点的。

    删除的步骤:

    1. 确定实际要删除的结点是Z还是Z的后继。

    2. 实际删除结点的孩子,Z的左/右孩子或者后继的右孩子。

    3. 将实际要删除结点的父结点与其孩子关联。

    4. 如果实际删除的是后继,则把后继中的数据拷贝到Z,替换它。

    BSTNode * bst_delete(BSTNode **root, BSTNode *delNode)
    {
         // Real delete node: delNode or its successor
         // (if delNode has both left and right child)
         BSTNode *realDelNode;
         if (delNode->left && delNode->right)
              realDelNode = bst_successor(delNode);
         else
              realDelNode = delNode;
    
         // Child of real delete node
         BSTNode *childNode;
         if (delNode->left)
              childNode = realDelNode->left;
         else
              childNode = realDelNode->right;
    
         // Link realDelNode child and parent
         if (childNode)
              childNode->parent = realDelNode->parent;
    
         if (realDelNode->parent == NULL)
              *root = childNode;
         else if (realDelNode == realDelNode->parent->left)
              realDelNode->parent->left = childNode;
         else
              realDelNode->parent->right = childNode;
    
         // Copy successor data to delNode (override)
         // if real delete node is not delNode but its successor         
         if (realDelNode != delNode) {
              delNode->key = realDelNode->key;
              delNode->value = realDelNode->value;
         }
    
         return realDelNode;
    }
    


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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/xiaomaohai/p/6157852.html
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