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社区首页 >专栏 >Golang实现一个可存放重复元素的二叉搜索树,结合Morris算法

Golang实现一个可存放重复元素的二叉搜索树,结合Morris算法

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dddyge
修改2024-03-06 16:34:46
1660
修改2024-03-06 16:34:46
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文章被收录于专栏:思考与总结思考与总结

今天学习的时候看到一道题目是问在二叉搜索树如何存放重复值,借此机会顺便复习了一下二叉搜索树。二叉搜索树的中序遍历是有序的,它的左子树的所有节点的值都是小于它的,它的右子树的所有节点的值都是大于它的。在学习二叉树的遍历的时候,有一个大名鼎鼎的Morris算法,使用双指针就可以实现二叉树的前中后序遍历,并且时间复杂度是O(N),空间复杂度是O(1),于是我使用Golang实现一个可存放重复元素的二叉搜索树,并且结合Morris算法进行查找。

存放重复值的思路就是使用一个计数器计算值出现的次数,并在输出值的时候将重复元素同样的输出出来,但是二叉搜索树仍然是不重复的元素组成的。

一:二叉搜索树对象

代码语言:go
复制
package BinarySearchTree

// 实现一个可存放重复值的二叉搜索树,手写版, 20240306
// 思路:用计数器存放重复出现的次数,其他的跟二叉搜索树一样
type Bst_1 struct {
	root 				*TreeNode
	count				map[int]int
}

type TreeNode struct {
	Val				int
	Left			*TreeNode
	Right			*TreeNode
}

func NewBinarySearchTree20240306() *Bst_1 {
	return &Bst_1{count: make(map[int]int)}
}

// 插入
func (this *Bst_1) Insert(val int) {
	if this.root == nil {
		this.root = &TreeNode{Val: val}
		this.count[val]++
		return
	}
	if _,ok := this.count[val]; ok {
		this.count[val]++
		return
	}
	this.insertNode(this.root, val)
	this.count[val]++
}

// 从某个节点出发插入一个节点
func (this *Bst_1) insertNode(node *TreeNode, val int) *TreeNode {
	if node == nil {
		return &TreeNode{Val: val}
	}
	if node.Val < val {
		node.Right = this.insertNode(node.Right, val)
	} else {
		node.Left = this.insertNode(node.Left, val)
	}
	return node
}

// 查找值是否存在
func (this Bst_1) Search(val int) bool {
	_,ok := this.count[val]
	return ok
}

func (this *Bst_1) Delete(val int) bool {
	cnt,ok := this.count[val]
	if !ok {
		return false
	}
	if cnt > 1 {
		this.count[val]--
		return true
	}

	// 开始删除
	this.root = deleteFrom(this.root, val)
	delete(this.count, val)
	return true
}

// 从某个节点出发,删除某个值,提子树
func deleteFrom(node *TreeNode, val int) *TreeNode {
	if node == nil {
		return nil
	}
	if val < node.Val {
		node.Left = deleteFrom(node.Left, val)
		return node
	} else if val > node.Val {
		node.Right = deleteFrom(node.Right, val)
		return node
	}

	// 相等就检查左右子树
	if node.Left == nil && node.Right == nil {
		return nil
	}
	if node.Left == nil {
		return node.Right
	}
	if node.Right == nil {
		return node.Left
	}
	// 左右子树都不为nil, 找到右子树的最小值(或者找到左子树的最大值)
	res := node.Right
	for res != nil && res.Left != nil {
		res = res.Left
	}
	// 交换值, 然后删除这个节点
	node.Val, res.Val = res.Val, node.Val
	deleteFrom(node.Right, res.Val)
	return node
}

// 获取中序遍历的结果, 就知道是否是有序的
func (this *Bst_1) GetSortedSequence() []int {
	// Morris算法
	res := []int{}
	p1 := this.root
	var p2 *TreeNode
	for p1 != nil {
		p2 = p1.Left
		if p2 != nil {
			for p2.Right != nil && p2.Right != p1 {
				p2 = p2.Right
			}
			if p2.Right == nil {
				p2.Right = p1
				p1 = p1.Left
			} else {
				// 遍历完左子树了
				cnt := this.count[p1.Val]
				for cnt > 0 {
					cnt--
					res = append(res, p1.Val)
				}
				p2.Right = nil
				p1 = p1.Right
			}
		} else {
			cnt := this.count[p1.Val]
			for cnt > 0 {
				cnt--
				res = append(res, p1.Val)
			}
			p1 = p1.Right
		}
	}
	return res
}

二:单元测试

思路:通过检查中序遍历是否有序来判断二叉搜索树是否实现正确

代码语言:go
复制
package BinarySearchTree

import (
	"fmt"
	"reflect"
	"sort"
	"testing"
)

func TestBst_1(t *testing.T) {
	bst := NewBinarySearchTree20240306()
	bst.Insert(2)
	bst.Insert(1)
	bst.Insert(4)
	bst.Insert(4)
	bst.Insert(3)
	bst.Insert(3)
	arr1 := bst.GetSortedSequence()
	arr2 := make([]int, len(arr1))
	copy(arr2, arr1)
	sort.Ints(arr2)
	if !reflect.DeepEqual(arr1, arr2) {
		t.Errorf("错误, 因为不相同, arr1: %v, arr2: %v", arr1, arr2)
	}
}

func TestBst_1Deleted(t *testing.T) {
	bst := NewBinarySearchTree20240306()
	bst.Insert(2)
	bst.Insert(1)
	bst.Insert(4)
	bst.Insert(4)
	bst.Insert(3)
	bst.Insert(3)
	bst.Delete(3)
	bst.Delete(2)
	arr1 := bst.GetSortedSequence()
	arr2 := make([]int, len(arr1))
	fmt.Println(bst.root)
	fmt.Println(arr1)
	copy(arr2, arr1)
	sort.Ints(arr2)
	if !reflect.DeepEqual(arr1, arr2) {
		t.Errorf("错误, 因为不相同, arr1: %v, arr2: %v", arr1, arr2)
	}
}

三:结果

可以看到结果是正确的。

四:思考还可以完善的地方

这个二叉搜索树还可以完善的地方是根节点取决于第一个插入的元素是什么,这样会导致这个二叉搜索树是不平衡的,可以优化成高度平衡的二叉搜索树,这样查找的效率就会更高。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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目录
  • 一:二叉搜索树对象
  • 二:单元测试
    • 思路:通过检查中序遍历是否有序来判断二叉搜索树是否实现正确
    • 三:结果
      • 可以看到结果是正确的。
      • 四:思考还可以完善的地方
        • 这个二叉搜索树还可以完善的地方是根节点取决于第一个插入的元素是什么,这样会导致这个二叉搜索树是不平衡的,可以优化成高度平衡的二叉搜索树,这样查找的效率就会更高。
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