【C++】二叉搜索树
二叉搜索树的查找规则
从根开始比较，查找，比根大则往右边走查找，比根小则往左边走查找。 最多查找高度次，走到到空，还没找到，这个值不存在
二叉搜索树(二叉排序树)性质
非空左子树的所有值小于根节点的值
非空右子树的所有值大于根节点的值 左右子树都是二叉搜索树
第一个不满足，因为值为5的节点在值为10的节点的右边，正常来说10的右边都应该比10大
二叉搜索树的中序遍历
二叉搜索树的中序遍历，一定可以得到一个递增的序列 中序为：1 3 4 6 7 8 10 13 14
二叉搜索树的实现 (非递归)
插入
分为两种情况 若插入的值在二叉树中不存在，则通过比较进行插入
在这里插入图片描述
若插入11，因为11比8大，所以跟10比较，而11比10大，所以走10的右子树14，14与11比较，因14>11，所以走14的左子树13，11与13比较，因13>11，故作为13的左子树，遇见NULL指针停止
若插入的值，在二叉树中存在
因为插入值13与二叉树中的值13相等，则直接返回false
实际上创建节点后，需要与二叉搜索树进行连接，去当前创建节点的上一个节点parent， 通过判断cur节点是parent节点左子树还是右子树 进行连接
bool Insert(const K& key)
{
if (_root = nullptr)//若root根节点为nullptr
{
_root = new Node(key);
return true;
}
Node* cur = _root;
Node* parent = NULL;//用于接收cur之前的节点
while (cur != NULL)
{
if (cur->_key > key)//若插入的值比cur值小
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)//若插入的值比cur值大
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else//若相等，则直接返回false
{
return false;
}
}
//遇见空指针，连接新节点
//由于不知道parent的左还是右连接key，所以需要判断
cur = new Node(key);
if (parent->_key > key)
{
parent->_left = cur;
}
else
{
parent->_right = cur;
}
return true;
}中序遍历
inorder需要传根，但是由于_root是类的私有成员变量，所以没办法从.c文件传过来
在这里插入图片描述
若将inorder函数设为缺省值，不可以通过编译 缺省值必须是常量或者全局变量，而root不是全局变量/常量 ，所以不能用缺省值 访问成员变量需要用this指针，而此时_root并没有this指针去指向
在这里插入图片描述
所以采用嵌套一层函数的方式，这样调用inorder函数时，不用传参数过来也可以解决问题
查找
bool Find(const K& key)
{
Node* cur = _root;
while (cur != NULL)
{
if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else
{
return true;
}
}
return false;
}删除 (重点)
删除共分为三种情况
1. 要删除节点无孩子节点
删除4后，直接将6的左子树置为NULL
2.要删除节点只有左孩子节点/右孩子节点
3.要删除节点有左孩子和右孩子节点
删除8节点，就需要寻找左子树的最大节点或者右子树最小节点 来当树的根节点 左子树的最大节点是最右节点 右子树的最小节点是最左节点 假设删除节点8，通过右子树的最小节点来进行替换，将右子树的最小节点替换掉cur节点值，删除右子树的最小节点即可
由于叶子节点的删除可以算为左为空/右为空的情况，所以只需考虑左为空/右为空 或者 删除节点有左孩子和右孩子节点 即可
左为空
左为空时，使用parent节点去接收cur的右子树，但是还需判断下cur的右子树节点在parent的左子树还是右子树
需要考虑cur节点作为根的情况，此时的parent节点为NULL，NULL->right就会报错
为了解决这个问题，把cur的右子树的节点作为根，然后直接删除cur节点
右为空
右为空时，使用parent节点去接收cur的左子树，但是还需判断下cur的左子树节点在parent的左子树还是右子树
当cur作为根节点时，此时parent为NULL,就会报错 所以要把cur作为根节点的情况单独处理
把cur的左子树的节点作为根，然后直接删除cur节点
删除节点有左孩子和右孩子节点
当找到minright时，minright在9节点位置上，minright可以替代cur的位置，替cur照顾两个孩子，但是minright本身也是有可能有孩子的，所以还需要找到minright的上一个父节点parent，同时需要判断下minright节点是parent节点的左孩子还是有孩子
在这里插入图片描述
pminright初始化不能为NULL，若为空，若不进入while循环，则无法更新pminright值， 导致NULL->left，从而报错
，minright不一定是minright的左子树，也有可能是pminright的右子树 ，所以需要判断下
整体代码
//删除
bool Erase(const K& key)
{
//将第一种和第二种看作一种
Node* parent = nullptr;//记录cur之前的节点
Node* cur = _root;
while (cur!=NULL)
{
if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else
{
//相等则说明数据存在，要删除
//1.左为空
if (cur->_left == nullptr)
{
if (cur == _root)//当cur作为根节点时
{
_root = cur->_right;
}
else
{
if (parent->_left == cur)//若cur在parent节点的左边
{
parent->_left = cur->_right;
}
else//若cur在parent节点的右边
{
parent->_right = cur->_right;
}
}
delete cur;
}
//2.右为空
else if (cur->_right == nullptr)
{
if (cur == _root)//当cur作为根节点时
{
_root = cur->_left;
}
else
{
if (parent->_left == cur)//若cur在parent节点的左边
{
parent->_left = cur->_left;
}
else//若cur在parent节点的右边
{
parent->_right = cur->_left;
}
}
delete cur;
}
//3.请保姆
else
{
//寻找右子树的最小节点
Node* pminright = cur;
Node* minright = cur->_right;//右子树的最小节点
//最左节点
while (minright->_left)//找到最小节点
{
pminright = minright;//记录minright之前的节点
minright = minright->_left;
}
cur->_key = minright->_key;
//由于不知道minright是pminright的左子树还是右子树 ，所以需要判断下
//再将minright的右子树pminright
if (pminright->_left == minright)
{
pminright->_left = minright->_right;
}
else
{
pminright->_right = minright->_right;
}
delete minright;
}
return true;
}
}
//说明要删除的数据不存在
return false;
}二叉搜索树的实现 (递归)
递归实现，全都使用了函数嵌套的方式，与非递归的中序遍历的方式相同，是为了使用_root这个定义在类中的成员变量
查找
bool _FindR(Node * root, const K & key)
{
if (root == nullptr)
{
return false;
}
if (root->_key == key)
{
return true;
}
if (root->_key < key)
{
retrun _FindR(root->_right, key);
}
else
{
retrun _FindR(root->_left, key);
}
}
bool FindR(const K & key)
{
return _FindR(_root, key);
}插入
bool _InsertR(Node*&root,const K&key)//插入
{
if (root == nullptr)
{
root = new Node(key);
return true;
}
if (root->_key < key)
{
return _InsertR(root->_right, key);
}
else if(root->_key > key)
{
return _InsertR(root->_left, key);
}
else
{
return false;
}
}
bool InsertR(const K& key)
{
return _InsertR(_root,key);
}通过引用的方式解决遇见NULL连接新节点的问题
在这里插入图片描述
因为引用的原因，所以root==NULL进入if判断时， root作为上一个节点左指针的别名，相当于 root->_left 新创建了一个节点，直接与二叉树连接起来了 就不用像非递归一样考虑创建节点后，与它的上一个节点连接的问题
删除
删除节点有左孩子和右孩子节点
在这里插入图片描述
bool _EraseR(Node*&root,const K& key)
{
if (root == nullptr)
{
return false;
}
if (root->_key < key)
{
return EraseR(root->_right, key);
}
else if (root->_key > key)
{
return EraseR(root->_left, key);
}
else
{
//开始删除
Node* del= root;//保存要删除的节点
if (root->_left == nullptr)//左为空
{
root = root->_right;
}
else if (root->_right == nullptr)//右为空
{
root = root->_left;
}
else
{
//替代法
Node* maxleft = root->_left;
//在左子树中寻找最右 作为左子树最大节点
while (maxleft->_right != NULL)
{
maxleft = maxleft->_right;
}
swap(maxleft, root);
return EeaseR(root->_left, key);
}
delete del;
return true;
}
}
bool EraseR(const K&key)
{
return _EraseR(_root,key);
}二叉搜索树实现的整体代码
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
template <class K>
//BSTree -- BinarySearchTree
struct BSTreeNode
{
BSTreeNode<K>* _left;//左
BSTreeNode<K>* _right;//右
K _key;//关键字
BSTreeNode(const K& key)
:_left(nullptr), _right(nullptr), _key(key)
{
}
};
template <class K>
class BSTree
{
typedef BSTreeNode<K> Node;
public:
~BSTree()//析构
{
Destroy(_root);
_root = nullptr;
}
/*BSTree(const BSTree<K>& t)
{
}
void cpoy(Node*root)
{
}*/
//插入
bool Insert(const K& key)
{
if (_root == NULL)//若root根节点为nullptr
{
_root = new Node(key);
return true;
}
Node* cur = _root;
Node* parent = nullptr;//用于接收cur之前的节点
while (cur != NULL)
{
if (cur->_key > key)//若插入的值比cur值小
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)//若插入的值比cur值大
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else//若相等，则直接返回false
{
return false;
}
}
//遇见空指针，连接新节点
//由于不知道parent的左还是右连接key，所以需要判断
cur = new Node(key);
if (parent->_key < key)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
return true;
}
//中序遍历
void inorder()
{
_inorder(_root);
}
void _inorder(Node*root)
{
if (root == NULL)
{
return;
}
_inorder(root->_left);//左
cout << root->_key << " ";//根
_inorder(root->_right);//右
}
//查找
bool Find(const K& key)
{
Node* cur = _root;
while (cur != NULL)
{
if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else
{
return true;
}
}
return false;
}
//删除
bool Erase(const K& key)
{
//将第一种和第二种看作一种
Node* parent = nullptr;//记录cur之前的节点
Node* cur = _root;
while (cur!=NULL)
{
if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else
{
//相等则说明数据存在，要删除
//1.左为空
if (cur->_left == nullptr)
{
if (cur == _root)//当cur作为根节点时
{
_root = cur->_right;
}
else
{
if (parent->_left == cur)//若cur在parent节点的左边
{
parent->_left = cur->_right;
}
else//若cur在parent节点的右边
{
parent->_right = cur->_right;
}
}
delete cur;
}
//2.右为空
else if (cur->_right == nullptr)
{
if (cur == _root)//当cur作为根节点时
{
_root = cur->_left;
}
else
{
if (parent->_left == cur)//若cur在parent节点的左边
{
parent->_left = cur->_left;
}
else//若cur在parent节点的右边
{
parent->_right = cur->_left;
}
}
delete cur;
}
//3.请保姆
else
{
//寻找右子树的最小节点
Node* pminright = cur;
Node* minright = cur->_right;//右子树的最小节点
//最左节点
while (minright->_left)//找到最小节点
{
pminright = minright;//记录minright之前的节点
minright = minright->_left;
}
cur->_key = minright->_key;
//由于不知道minright是pminright的左子树还是右子树 ，所以需要判断下
//再将minright的右子树pminright
if (pminright->_left == minright)
{
pminright->_left = minright->_right;
}
else
{
pminright->_right = minright->_right;
}
delete minright;
}
return true;
}
}
//说明要删除的数据不存在
return false;
}
//--------- 递归
bool _FindR(Node * root, const K & key)//查找
{
if (root == nullptr)
{
return false;
}
if (root->_key == key)
{
return true;
}
if (root->_key < key)
{
return _FindR(root->_right, key);
}
else
{
return _FindR(root->_left, key);
}
}
bool FindR(const K & key)
{
return _FindR(_root, key);
}
bool _InsertR(Node*&root,const K&key)//插入
{
if (root == nullptr)
{
root = new Node(key);
return true;
}
if (root->_key < key)
{
return _InsertR(root->_right, key);
}
else if(root->_key > key)
{
return _InsertR(root->_left, key);
}
else
{
return false;
}
}
bool InsertR(const K& key)
{
return _InsertR(_root,key);
}
bool _EraseR(Node*&root,const K& key)
{
if (root == nullptr)
{
return false;
}
if (root->_key < key)
{
return EraseR(root->_right, key);
}
else if (root->_key > key)
{
return EraseR(root->_left, key);
}
else
{
//开始删除
Node* del= root;//保存要删除的节点
if (root->_left == nullptr)//左为空
{
root = root->_right;
}
else if (root->_right == nullptr)//右为空
{
root = root->_left;
}
else
{
//替代法
Node* maxleft = root->_left;
//在左子树中寻找最右 作为左子树最大节点
while (maxleft->_right != NULL)
{
maxleft = maxleft->_right;
}
swap(maxleft, root);
return EeaseR(root->_left, key);
}
delete del;
return true;
}
}
bool EraseR(const K&key)
{
return _EraseR(_root,key);
}
void Destroy(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return;
}
Destroy(root->_left);
Destroy(root->_right);
delete root;
}
private:
Node* _root = nullptr;
}; 应用搜索场景
1. key模型
在不在 1.门禁系统 2.车库系统 3.检查一篇文章中单词拼写是否正确 你拼写的单词是否在库中，若库则说明拼写正确，若不在，则说明拼写错误
key模型与上述实现的二叉搜索树基本一致
2. key value 模型
通过一个值查找另一个值 1.中英文互译字典 2.电话号码查询快递信息 3. 电话号码+验证码 查询考试成绩 4.统计水果出现的次数
key value模型 与上述实现的二叉搜索树实现功能差不多，只是增加了一个模板参数value
中英文互译字典的简单实现
通过插入将预先设置好的单词与对应意思输入树中， 输入str时，在树中查找该单词是否存在 若找到则返回节点指针指向的value，若没找到则返回nuullptr
统计水果出现次数的简单实现
3. key value模型代码
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
namespace key_value
{
template <class K,class V>//key
//BSTree -- BinarySearchTree
struct BSTreeNode
{
BSTreeNode<K,V>* _left;//左
BSTreeNode<K,V>* _right;//右
K _key;//key值
V _value;//value值
BSTreeNode(const K& key, const V& value)
:_left(nullptr), _right(nullptr), _key(key), _value(value)
{
}
};
template <class K,class V>
class BSTree
{
typedef BSTreeNode<K, V> Node;
public:
//插入
bool Insert(const K& key, const V& value)
{
if (_root == NULL)//若root根节点为nullptr
{
_root = new Node(key, value);
return true;
}
Node* cur = _root;
Node* parent = nullptr;//用于接收cur之前的节点
while (cur != NULL)
{
if (cur->_key > key)//若插入的值比cur值小
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)//若插入的值比cur值大
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else//若相等，则直接返回false
{
return false;
}
}
//遇见空指针，连接新节点
//由于不知道parent的左还是右连接key，所以需要判断
cur = new Node(key, value);
if (parent->_key < key)
{
parent->_right = cur;
}
else
{
parent->_left = cur;
}
return true;
}
//查找
Node* Find(const K& key)
{
Node* cur = _root;
while (cur != NULL)
{
if (cur->_key > key)
{
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_key < key)
{
cur = cur->_right;
}
else
{
return cur;//成功就返回当前节点
}
}
return nullptr;//失败就返回空
}
//中序遍历
void inorder()
{
_inorder(_root);
}
void _inorder(Node* root)
{
if (root == NULL)
{
return;
}
_inorder(root->_left);//左
cout << root->_key << ":"<<root->_value<<endl;//根
_inorder(root->_right);//右
}
private:
Node* _root = nullptr;
};
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原始发表：2023-10-11，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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