数据结构与算法--二叉树的存储

顺序存储

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */
#define MAX_TREE_SIZE 100 /* 二叉树的最大结点数 */

typedef int Status;        /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int CElemType;      /* 树结点的数据类型，目前暂定为整型 */
typedef CElemType SqBiTree[MAX_TREE_SIZE]; /* 0号单元存储根结点  */
CElemType Nil = 0;   /*设整型以0为空 或者以 INT_MAX(65535)*/

typedef struct {
    int level; //结点层
    int order; //本层的序号(按照满二叉树给定序号规则)
}Position;

#pragma mark -- 二叉树的基本操作
//6.1 visit
Status visit(CElemType c) {
    printf("%d ",c);
    return OK;
}

//6.2 构造空二叉树T,因为T是固定数组,不会改变.
Status InitBiTree(SqBiTree T) {
    for (int i = 0; i < MAX_TREE_SIZE; i++) {
        //将二叉树初始化值置空
        T[i] = Nil;
    }
    return OK;
}

//6.3 按层序次序输入二叉树中的结点值(字符型或整型),构造顺序存储的二叉树T
Status CreateBiTree(SqBiTree T) {
    int i = 0;
    //printf("按层序输入结点的值(整型),0表示空结点, 输入999结束.结点数<=%d\n",MAX_TREE_SIZE);
    /*
     1      -->1
     2     3   -->2
     4  5  6   7 -->3
     8  9 10       -->4
     
     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nil Nil Nil
     */
    while (i < 10) {
        T[i] = i+1;
        printf("%d ",T[i]);
        //结点不为空,且无双亲结点
        if (i != 0 && T[(i+1)/2-1] == Nil && T[i] != Nil) {
            printf("出现无双亲的非根结点%d\n",T[i]);
            exit(ERROR);
        }
        i++;
    }
    //将空赋值给T的后面的结点
    while (i < MAX_TREE_SIZE) {
        T[i] = Nil;
        i++;
    }
    
    return OK;
}

//技巧:
//如果大家想要2个函数的结果一样,但是目的不同;
//在顺序存储结构中, 两个函数完全一样的结果
#define ClearBiTree InitBiTree

/*6.4 判断二叉树是否为空
 初始条件: 二叉树已存在
 操作结果: 若T为空二叉树,则返回TRUE,否则返回FALSE;
 */
Status BiTreeEmpty(SqBiTree T) {
    //根结点为空,则二叉树为空
    if (T[0] == Nil)
        return TRUE;
    
    return FALSE;
}

/*6.5 获取二叉树的深度
 初始条件: 二叉树已存在
 操作结果: 返回二叉树T深度;
 */
int BiTreeDepth(SqBiTree T) {
    int j = -1;
    int i;
    //找到最后一个结点
    //MAX_TREE_SIZE -> 100 -> 10 目的找到最后一个结点10的位置
    for (i = MAX_TREE_SIZE-1 ; i>=0; i--) {
        if (T[i] != Nil)
            break;
    }
    do {
        j++;
    } while ( powl(2, j) <= i); //计算2的次幂
    
    return j;
}

/*6.6 返回处于位置e(层,本层序号)的结点值
 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点(的位置)
 操作结构: 返回处于位置e(层,本层序号)的结点值
 */
CElemType Value(SqBiTree T,Position e) {
    
    /*
     Position.level -> 结点层.表示第几层;
     Position.order -> 本层的序号(按照满二叉树给定序号规则)
     */
    //pow(2,e.level-1) 找到层序
    printf("%d\n",(int)pow(2,e.level-1));
    //e.order
    printf("%d\n",e.order);
    //4+2-2;
    return T[(int)pow(2, e.level-1)+e.order-2];
}


/*6.7 获取二叉树跟结点的值
 初始条件: 二叉树T存在
 操作结果: 当T不空,用e返回T的根, 返回OK; 否则返回ERROR
 */
Status Root(SqBiTree T,CElemType *e) {
    if (BiTreeEmpty(T)) {
        return ERROR;
    }
    *e = T[0];
    return OK;
}

/*
 6.8 给处于位置e的结点赋值
 初始条件: 二叉树存在,e是T中某个结点的位置
 操作结果: 给处于位置e的结点赋值Value;
 */
Status Assign(SqBiTree T,Position e,CElemType value) {
    
    //找到当前e在数组中的具体位置索引
    int i = (int)powl(2, e.level-1)+e.order -2;
    
    //叶子结点的双亲为空
    if (value != Nil &&  T[(i+1)/2-1] == Nil) {
        return ERROR;
    }
    
    //给双亲赋空值但是有叶子结点
    if (value == Nil && (T[i*2+1] != Nil || T[i*2+2] != Nil)) {
        return  ERROR;
    }
    
    T[i] = value;
    return OK;
}

/*
 6.9 获取e的双亲;
 初始条件: 二叉树存在,e是T中的某一个结点
 操作结果: 若e是T的非根结点, 则返回它的双亲,否则返回"空"
 */
CElemType Parent(SqBiTree T, CElemType e) {
    
    //空树
    if (T[0] == Nil) {
        return Nil;
    }
    
    for (int i = 1 ; i < MAX_TREE_SIZE; i++) {
        //找到e
        if (T[i] == e) {
            return T[(i+1)/2 - 1];
        }
    }
    
    //没有找到
    return Nil;
    
}

/*
 6.10 获取某个结点的左孩子;
 初始条件:二叉树T存在,e是某个结点
 操作结果:返回e的左孩子,若e无左孩子,则返回"空"
 */
CElemType LeftChild(SqBiTree T,CElemType e) {
    
    //空树
    if (T[0] == Nil) {
        return Nil;
    }
    for (int i = 0 ; i < MAX_TREE_SIZE-1; i++) {
        //找到e
        if (T[i] == e) {
            return T[i*2+1];
        }
    }
    
    //没有找到
    return Nil;
    
}

/*
 6.11 获取某个结点的右孩子;
 初始条件:二叉树T存在,e是某个结点
 操作结果:返回e的左孩子,若e无左孩子,则返回"空"
 */
CElemType RightChild(SqBiTree T,CElemType e) {
    
    //空树
    if (T[0] == Nil) {
        return Nil;
    }
    for (int i = 0 ; i < MAX_TREE_SIZE-1; i++) {
        //找到e
        if (T[i] == e) {
            return T[i*2+2];
        }
    }
    
    //没有找到
    return Nil;
    
}

/*
 6.12 获取结点的左兄弟
 初始条件:  二叉树T存在,e是T中某个结点
 操作结果: 返回e的左兄弟。若e是T的左孩子或无左兄弟,则返回＂空＂
 */
CElemType LeftSibling(SqBiTree T,CElemType e) {
    /* 空树 */
    if(T[0]==Nil)
        return Nil;
    
    for(int i=1;i<=MAX_TREE_SIZE-1;i++)
    /* 找到e且其序号为偶数(是右孩子) */
        if(T[i]==e&&i%2==0)
            return T[i-1];
    
    return Nil; /* 没找到e */
}

/* 6.13 获取结点的右兄弟
 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点
 操作结果: 返回e的右兄弟。若e是T的右孩子或无右兄弟,则返回＂空＂
 */
CElemType RightSibling(SqBiTree T,CElemType e) {
    /* 空树 */
    if(T[0]==Nil)
        return Nil;
    
    for(int i=1;i<=MAX_TREE_SIZE-1;i++)
    /* 找到e且其序号为奇数(是左孩子) */
        if(T[i]==e&&i%2==1)
            return T[i+1];
    
    return Nil; /* 没找到e */
}

#pragma mark -- 二叉树的遍历

/*
 6.14 层序遍历二叉树
 */
void LevelOrderTraverse(SqBiTree T) {
    
    int i = MAX_TREE_SIZE-1;
    
    //找到最后一个非空结点的序号
    while (T[i] == Nil) i--;
    
    //从根结点起,按层序遍历二叉树
    for (int j = 0; j <= i; j++)
        //只遍历非空结点
        if (T[j] != Nil)
            visit(T[j]);
    
    printf("\n");
}

/*
 6.15 前序遍历二叉树
 */
void PreTraverse(SqBiTree T,int e) {
    
    //打印结点数据
    visit(T[e]);
    
    //先序遍历左子树
    if (T[2 * e + 1] != Nil) {
        PreTraverse(T, 2*e+1);
    }
    //最后先序遍历右子树
    if (T[2 * e + 2] != Nil) {
        PreTraverse(T, 2*e+2);
    }
}

Status PreOrderTraverse(SqBiTree T) {
    
    //树不为空
    if (!BiTreeEmpty(T)) {
        PreTraverse(T, 0);
    }
    printf("\n");
    return  OK;
}

/*
 6.16 中序遍历
 */
void InTraverse(SqBiTree T, int e) {
    
    /* 左子树不空 */
    if (T[2*e+1] != Nil)
        InTraverse(T, 2*e+1);
    
    visit(T[e]);
    
    /* 右子树不空 */
    if (T[2*e+2] != Nil)
        InTraverse(T, 2*e+2);
}

Status InOrderTraverse(SqBiTree T) {
    
    /* 树不空 */
    if (!BiTreeEmpty(T)) {
        InTraverse(T, 0);
    }
    printf("\n");
    return OK;
}

/*
 6.17 后序遍历
 */
void PostTraverse(SqBiTree T,int e) {   /* 左子树不空 */
    if(T[2*e+1]!=Nil)
        PostTraverse(T,2*e+1);
    /* 右子树不空 */
    if(T[2*e+2]!=Nil)
        PostTraverse(T,2*e+2);
    
    visit(T[e]);
}
Status PostOrderTraverse(SqBiTree T) {
    if(!BiTreeEmpty(T)) /* 树不空 */
        PostTraverse(T,0);
    printf("\n");
    return OK;
}

let MAX_TREE_SIZE = 20
struct Position {
    var level : Int //结点层
    var order : Int //本层的序号(按照满二叉树给定序号规则)
    init(level:Int, order:Int) {
        self.level = level
        self.order = order
    }
}
class Tree<T:Equatable> {
    var data = Array<T?>(repeating: nil, count: MAX_TREE_SIZE)
    // 按层序次序输入二叉树中的结点值(字符型或整型),构造顺序存储的二叉树T
    func createtree(_ e:Array<T>) -> Void {
        var i = 0
        while i < 10 {
            data[i] = e[i];
            //结点不为空,且无双亲结点
            if (i != 0 && data[(i+1)/2-1] == nil && data[i] != nil) {
                exit(0);
            }
            i += 1;
        }
    }

    func clear() {
        var i = 0
        while i < MAX_TREE_SIZE {
            data[i] = nil;
            i += 1
        }
    }
    
    func isEmpty() -> Bool {
        return data[0] == nil ? true :false
    }
    
    func depth() -> Int {
        var i = MAX_TREE_SIZE - 1
        while i > 0 {
            if data[i] == nil {
                break
            }
            i -= 1
        }
        var j = -1
        repeat {
            j += 1
        } while pow(2, Double(j)) < Double(i)
        return j
    }
    
    func value(_ p:Position) -> T? {
        /*
        Position.level -> 结点层.表示第几层;
        Position.order -> 本层的序号(按照满二叉树给定序号规则)
        */
        return data[Int(pow(2, Double(p.level - 1))) + p.order - 2]
    }
    
    func root() -> T? {
        return data[0]
    }
    /*
     给处于位置e的结点赋值
    初始条件: 二叉树存在,e是T中某个结点的位置
    操作结果: 给处于位置e的结点赋值Value;
    */
    func assign(_ e:T? ,p:Position) -> Bool {
        let i = Int(pow(2, Double(p.level - 1))) + p.order - 2
        if e != nil && data[(i+1)/2 - 1] == nil {
            return false
        }
        if e == nil && (data[i*2+1] != nil || data[i*2+1] != nil) {
            return false
        }
        data[i] = e
        return true
    }
    
    /*
     获取e的双亲;
    初始条件: 二叉树存在,e是T中的某一个结点
    操作结果: 若e是T的非根结点, 则返回它的双亲,否则返回"空"
    */
    func parent(_ e:T) -> T? {
        if data[0] == nil {
            return nil
        }
        var i = 1
        while i < MAX_TREE_SIZE {
            if let a = data[i] {
                if a == e {
                    return data[(i+1)/2 - 1]
                }
            }
            i += 1
        }
        return nil
    }
    
    /*
     获取某个结点的左孩子;
    初始条件:二叉树T存在,e是某个结点
    操作结果:返回e的左孩子,若e无左孩子,则返回"空"
    */
    func left(_ e:T) -> T? {
        if data[0] == nil {
            return nil
        }
        var i = 1
        while i < MAX_TREE_SIZE {
            if let a = data[i] {
                if a == e {
                    return data[2*i+1]
                }
            }
            i += 1
        }
        return nil
    }
    
    /*
     获取某个结点的右孩子;
    初始条件:二叉树T存在,e是某个结点
    操作结果:返回e的左孩子,若e无左孩子,则返回"空"
    */
    func right(_ e:T) -> T? {
        if data[0] == nil {
            return nil
        }
        var i = 1
        while i < MAX_TREE_SIZE {
            if let a = data[i] {
                if a == e {
                    return data[2*i+2]
                }
            }
            i += 1
        }
        return nil
    }
    /*
     获取结点的左兄弟
    初始条件:  二叉树T存在,e是T中某个结点
    操作结果: 返回e的左兄弟。若e是T的左孩子或无左兄弟,则返回＂空＂
    */
    func leftSibling(_ e:T) -> T? {
        if data[0] == nil {
            return nil
        }
        var i = 1
        while i < MAX_TREE_SIZE {
            if let a = data[i] {
                if a == e  && i%2 == 0{
                    return data[i-1]
                }
            }
            i += 1
        }
        return nil
    }
    /*  获取结点的右兄弟
    初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点
    操作结果: 返回e的右兄弟。若e是T的右孩子或无右兄弟,则返回＂空＂
    */
    func rightSibling(_ e:T) -> T? {
        if data[0] == nil {
            return nil
        }
        var i = 1
        while i < MAX_TREE_SIZE {
            if let a = data[i] {
                if a == e  && i%2 == 1{
                    return data[i+1]
                }
            }
            i += 1
        }
        return nil
    }
    
    /*
     层序遍历二叉树
    */
    func LevelOrderTraverse() -> Void {
        var i = MAX_TREE_SIZE-1
        while data[i] != nil {
            i -= 1
        }
        var j = 0
        while i > j {
            if let a = data[j] {
                print("\(a)", terminator:"")
            }
            j += 1
        }
        print("")
    }
    
    /*
     前序遍历二叉树
    */
    func PreOrderTraverse() -> Void {
        if !isEmpty() {
            PreTraverse(0)
        }
        print("")
    }
    
    func PreTraverse(_ e:Int) -> Void {
        print(data[e]!,terminator:"")
        if 2 * e + 2 < MAX_TREE_SIZE && data[2 * e + 1] != nil {
            PreTraverse(2 * e + 1)
        }
        if 2 * e + 2 < MAX_TREE_SIZE && data[2 * e + 2] != nil {
            PreTraverse(2 * e + 2)
        }
    }
    
    /*
     中序遍历
    */
    func InOrderTraverse() -> Void {
        if !isEmpty() {
            InTraverse(0)
        }
        print("")
    }
    
    func InTraverse(_ e:Int) -> Void {
        if 2 * e + 2 < MAX_TREE_SIZE && data[2 * e + 1] != nil {
            InTraverse(2 * e + 1)
        }
        print(data[e]!,terminator:"")
        if 2 * e + 2 < MAX_TREE_SIZE && data[2 * e + 2] != nil {
            InTraverse(2 * e + 2)
        }
    }
    
    /*
     后序遍历
    */
    func PostOrderTraverse() -> Void {
        if !isEmpty() {
            PostTraverse(0)
        }
        print("")
    }
    
    func PostTraverse(_ e:Int) -> Void {
        if 2 * e + 2 < MAX_TREE_SIZE && data[2 * e + 1] != nil {
            InTraverse(2 * e + 1)
        }
        if 2 * e + 2 < MAX_TREE_SIZE && data[2 * e + 2] != nil {
            InTraverse(2 * e + 2)
        }
        print(data[e]!,terminator:"")
    }
}

extension Tree : CustomStringConvertible {
    var description: String {
        return String(describing: data)
    }
}

链式存储

#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"

#include "math.h"
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

/* 存储空间初始分配量 */
#define MAXSIZE 100
/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int Status;

#pragma mark--二叉树构造
int indexs = 1;
typedef char String[24]; /*  0号单元存放串的长度 */
String str;
Status StrAssign(String T,char *chars) {
    int i;
    if(strlen(chars)>MAXSIZE)
        return ERROR;
    else
    {
        T[0]=strlen(chars);
        for(i=1;i<=T[0];i++)
            T[i]=*(chars+i-1);
        return OK;
    }
}

#pragma mark--二叉树基本操作
typedef char CElemType;
CElemType Nil=' '; /* 字符型以空格符为空 */
typedef struct BiTNode  /* 结点结构 */
{
    CElemType data;        /* 结点数据 */
    struct BiTNode *lchild,*rchild; /* 左右孩子指针 */
}BiTNode,*BiTree;

/*7.1 打印数据*/
Status visit(CElemType e) {
    printf("%c ",e);
    return OK;
}

/* 7.2 构造空二叉树T */
Status InitBiTree(BiTree *T) {
    *T=NULL;
    return OK;
}

/* 7.3 销毁二叉树
 初始条件: 二叉树T存在。
 操作结果: 销毁二叉树T
 */
void DestroyBiTree(BiTree *T) {
    if(*T) {
        /* 有左孩子 */
        if((*T)->lchild)
            DestroyBiTree(&(*T)->lchild); /* 销毁左孩子子树 */
        
        /* 有右孩子 */
        if((*T)->rchild)
            DestroyBiTree(&(*T)->rchild); /* 销毁右孩子子树 */
        
        free(*T); /* 释放根结点 */
        
        *T=NULL; /* 空指针赋0 */
    }
}
#define ClearBiTree DestroyBiTree

/*7.4 创建二叉树
 按前序输入二叉树中的结点值(字符),#表示空树;
 */
void CreateBiTree(BiTree *T) {
    
    CElemType ch;
    
    //获取字符
    ch = str[indexs++];
    
    //判断当前字符是否为'#'
    if (ch == '#') {
        *T = NULL;
    } else {
        //创建新的结点
        *T = (BiTree)malloc(sizeof(BiTNode));
        //是否创建成功
        if (!*T) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        
        /* 生成根结点 */
        (*T)->data = ch;
        /* 构造左子树 */
        CreateBiTree(&(*T)->lchild);
        /* 构造右子树 */
        CreateBiTree(&(*T)->rchild);
    }
    
}


/*
 7.5 二叉树T是否为空;
 初始条件: 二叉树T存在
 操作结果: 若T为空二叉树,则返回TRUE,否则FALSE
 */
Status BiTreeEmpty(BiTree T) {
    if(T)
        return FALSE;
    else
        return TRUE;
}

/*
 7.6 二叉树T的深度
 初始条件: 二叉树T存在
 操作结果: 返回T的深度
 */
int BiTreeDepth(BiTree T) {
    
    int i,j;
    if(!T)
        return 0;
    
    //计算左孩子的深度
    if(T->lchild)
        i=BiTreeDepth(T->lchild);
    else
        i=0;
    
    //计算右孩子的深度
    if(T->rchild)
        j=BiTreeDepth(T->rchild);
    else
        j=0;
    
    //比较i和j
    return i>j?i+1:j+1;
}

/*
 7.7 二叉树T的根
 初始条件: 二叉树T存在
 操作结果: 返回T的根
 */
CElemType Root(BiTree T) {
    if (BiTreeEmpty(T))
        return Nil;
    
    return T->data;
}

/*
 7.8 返回p所指向的结点值;
 初始条件: 二叉树T存在，p指向T中某个结点
 操作结果: 返回p所指结点的值
 */
CElemType Value(BiTree p) {
    return p->data;
}

/*
 7.8 给p所指结点赋值为value;
 初始条件: 二叉树T存在，p指向T中某个结点
 操作结果: 给p所指结点赋值为value
 */
void Assign(BiTree p,CElemType value) {
    p->data=value;
}

#pragma mark--二叉树遍历
/*
 7.8  前序递归遍历T
 初始条件:二叉树T存在;
 操作结果: 前序递归遍历T
 */

void PreOrderTraverse(BiTree T) {
    if(T==NULL)
        return;
    printf("%c",T->data);/* 显示结点数据，可以更改为其它对结点操作 */
    PreOrderTraverse(T->lchild); /* 再先序遍历左子树 */
    PreOrderTraverse(T->rchild); /* 最后先序遍历右子树 */
}


/*
 7.9  中序递归遍历T
 初始条件:二叉树T存在;
 操作结果: 中序递归遍历T
 */
void InOrderTraverse(BiTree T) {
    if(T==NULL)
        return ;
    InOrderTraverse(T->lchild); /* 中序遍历左子树 */
    printf("%c",T->data);/* 显示结点数据，可以更改为其它对结点操作 */
    InOrderTraverse(T->rchild); /* 最后中序遍历右子树 */
}

/*
 7.10  后序递归遍历T
 初始条件:二叉树T存在;
 操作结果: 中序递归遍历T
 */
void PostOrderTraverse(BiTree T) {
    if(T==NULL)
        return;
    PostOrderTraverse(T->lchild); /* 先后序遍历左子树  */
    PostOrderTraverse(T->rchild); /* 再后序遍历右子树  */
    printf("%c",T->data);/* 显示结点数据，可以更改为其它对结点操作 */
}

let str = "ABDH#K###E##CFI###G#J##"
var index = 0


class Tree<T> {
    var data : T
    var lchild:Tree<T>? , rchild:Tree<T>?
    
    init(data:T) {
        self.data = data
    }
    
    static func create() -> Tree<Character>? {
        let ch = str[str.index(str.startIndex, offsetBy: index)]
        index += 1
        if ch == "#" {
            
        } else {
            let tree = Tree<Character>(data: ch)
            tree.lchild = Tree<Character>.create()
            tree.rchild = Tree<Character>.create()
            return tree
        }
        return nil
    }
    
    func isEmpty() -> Bool {
        return false
    }
    
    func depth() -> Int {
        var i = 0, j = 0
        if lchild != nil {
            i = lchild!.depth()
        }
        if rchild != nil {
            j = rchild!.depth()
        }
        return i > j ? i + 1 : j + 1
    }
    
    func root() -> T {
        return data
    }
    
    func Assign(_ e:T) -> Void {
        data = e
    }
    
    func PreOrderTraverse() -> Void {
        print(String(describing: data), terminator:"")
        if let a = lchild {
            a.PreOrderTraverse()
        }
        if let a = rchild {
            a.PreOrderTraverse()
        }
    }
    
    func InOrderTraverse() -> Void {
        if let a = lchild {
            a.InOrderTraverse()
        }
        print(String(describing: data), terminator:"")
        if let a = rchild {
            a.InOrderTraverse()
        }
    }
    
    func PostOrderTraverse() -> Void {
        if let a = lchild {
            a.PostOrderTraverse()
        }
        if let a = rchild {
            a.PostOrderTraverse()
        }
        print(String(describing: data), terminator:"")
    }
}