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js_前中后序二叉树遍历的三种算法_简单二叉树的实现
2020-11-27 19:32:46 责编:小采
文档
关于二叉树的建立和遍历,本文中做出了详细的介绍,以及前序二叉树遍历、中序二叉树遍历、后序二叉树遍历的算法也做出了解释,并引用了代码,是为了让大家看的更清晰。本文的介绍还是先从二叉树和二叉查找树开始吧,便于理解。apache php mysql

二叉树and二叉查找树

关于树的相关术语:

节点: 树中的每个元素称为一个节点,

根节点: 位于整棵树顶点的节点,它没有父节点, 如上图 5

子节点: 其他节点的后代

叶子节点: 没有子节点的元素称为叶子节点, 如上图 3 8 24

二叉树:二叉树就是一种数据结构, 它的组织关系就像是自然界中的树一样。官方语言的定义是:是一个有限元素的集合,该集合或者为空、或者由一个称为根的元素及两个不相交的、被分别称为左子树和右子树的二叉树组成。

二叉查找树:
二叉查找树也叫二叉搜索树(BST),它只允许我们在左节点存储比父节点更小的值,右节点存储比父节点更大的值,上图展示的就是一颗二叉查找树。

代码实现

首先创建一个类来表示二叉查找树,它的内部应该有一个Node类,用来创建节点

 function BinarySearchTree () {
 var Node = function(key) {
 this.key = key,
 this.left = null,
 this.right = null
 }
 var root = null
 }

它还应该有一些方法:

  • insert(key) 插入一个新的键

  • inOrderTraverse() 对树进行中序遍历,并打印结果

  • preOrderTraverse() 对树进行先序遍历,并打印结果

  • postOrderTraverse() 对树进行后序遍历,并打印结果

  • search(key) 查找树中的键,如果存在返回true,不存在返回fasle

  • findMin() 返回树中的最小值

  • findMax() 返回树中的最大值

  • remove(key) 删除树中的某个键

  • 向树中插入一个键

    向树中插入一个新的键,首页应该创建一个用来表示新节点的Node类实例,因此需要new一下Node类并传入需要插入的key值,它会自动初始化为左右节点为null的一个新节点

    然后,需要做一些判断,先判断树是否为空,若为空,新插入的节点就作为根节点,如不为空,调用一个辅助方法insertNode()方法,将根节点和新节点传入

     this.insert = function(key) {
     var newNode = new Node(key)
     if(root === null) {
     root = newNode
     } else {
     insertNode(root, newNode)
     }
     }

    定义一下insertNode() 方法,这个方法会通过递归得调用自身,来找到新添加节点的合适位置

     var insertNode = function(node, newNode) {
     if (newNode.key <= node.key) {
     if (node.left === null) {
     node.left = newNode
     }else {
     insertNode(node.left, newNode)
     }
     }else {
     if (node.right === null) {
     node.right = newNode
     }else {
     insertNode(node.right, newNode)
     }
     }
     }

    完成中序遍历方法

    要实现中序遍历,我们需要一个inOrderTraverseNode(node)方法,它可以递归调用自身来遍历每个节点

     this.inOrderTraverse = function() {
     inOrderTraverseNode(root)
     }

    这个方法会打印每个节点的key值,它需要一个递归终止条件————检查传入的node是否为null,如果不为空,就继续递归调用自身检查node的left、right节点
    实现起来也很简单:

     var inOrderTraverseNode = function(node) {
     if (node !== null) {
     inOrderTraverseNode(node.left)
     console.log(node.key)
     inOrderTraverseNode(node.right)
     }
     }

    先序遍历、后序遍历

    有了中序遍历的方法,只需要稍作改动,就可以实现先序遍历和后序遍历了
    上代码:

    这样就可以对整棵树进行中序遍历了

     // 实现先序遍历
     this.preOrderTraverse = function() {
     preOrderTraverseNode(root)
     }
     var preOrderTraverseNode = function(node) {
     if (node !== null) {
     console.log(node.key)
     preOrderTraverseNode(node.left)
     preOrderTraverseNode(node.right)
     }
     }
    
     // 实现后序遍历
     this.postOrderTraverse = function() {
     postOrderTraverseNode(root)
     }
     var postOrderTraverseNode = function(node) {
     if (node !== null) {
     postOrderTraverseNode(node.left)
     postOrderTraverseNode(node.right)
     console.log(node.key)
     }
     }

    发现了吧,其实就是内部语句更换了前后位置,这也刚好符合三种遍历规则:先序遍历(根-左-右)、中序遍历(左-根-右)、中序遍历(左-右-根)

    先来做个测试吧

    现在的完整代码如下:

     function BinarySearchTree () {
     var Node = function(key) {
     this.key = key,
     this.left = null,
     this.right = null
     }
     var root = null
     
     //插入节点
     this.insert = function(key) {
     var newNode = new Node(key)
     if(root === null) {
     root = newNode
     } else {
     insertNode(root, newNode)
     }
     }
     var insertNode = function(node, newNode) {
     if (newNode.key <= node.key) {
     if (node.left === null) {
     node.left = newNode
     }else {
     insertNode(node.left, newNode)
     }
     }else {
     if (node.right === null) {
     node.right = newNode
     }else {
     insertNode(node.right, newNode)
     }
     }
     } 
     
     //实现中序遍历
     this.inOrderTraverse = function() {
     inOrderTraverseNode(root)
     }
     var inOrderTraverseNode = function(node) {
     if (node !== null) {
     inOrderTraverseNode(node.left)
     console.log(node.key)
     inOrderTraverseNode(node.right)
     }
     }
     // 实现先序遍历
     this.preOrderTraverse = function() {
     preOrderTraverseNode(root)
     }
     var preOrderTraverseNode = function(node) {
     if (node !== null) {
     console.log(node.key)
     preOrderTraverseNode(node.left)
     preOrderTraverseNode(node.right)
     }
     }
    
     // 实现后序遍历
     this.postOrderTraverse = function() {
     postOrderTraverseNode(root)
     }
     var postOrderTraverseNode = function(node) {
     if (node !== null) {
     postOrderTraverseNode(node.left)
     postOrderTraverseNode(node.right)
     console.log(node.key)
     }
     }
     }

    竟然已经完成了添加新节点和遍历的方式,我们来测试一下吧:

    定义一个数组,里面有一些元素

    var arr = [9,6,3,8,12,15]

    我们将arr中的每个元素依此插入到二叉搜索树中,然后打印结果

     var tree = new BinarySearchTree()
     arr.map(item => {
     tree.insert(item)
     })
     tree.inOrderTraverse()
     tree.preOrderTraverse()
     tree.postOrderTraverse()

    运行代码后,我们先来看看插入节点后整颗树的情况:

    输出结果

    中序遍历:
    3
    6
    8
    9
    12
    15

    先序遍历:
    9
    6
    3
    8
    12
    15

    后序遍历:
    3
    8
    6
    15
    12
    9

    很明显,结果是符合预期的,所以,我们用上面的JavaScript代码,实现了对树的节点插入,和三种遍历方法,同时,很明显可以看到,在二叉查找树树种,最左侧的节点的值是最小的,而最右侧的节点的值是最大的,所以二叉查找树可以很方便的拿到其中的最大值和最小值

    查找最小、最大值

    怎么做呢?其实只需要将根节点传入minNode/或maxNode方法,然后通过循环判断node为左侧(minNode)/右侧(maxNode)的节点为null

    实现代码:

     // 查找最小值
     this.findMin = function() {
     return minNode(root)
     }
     var minNode = function(node) {
     if (node) {
     while (node && node.left !== null) {
     node = node.left
     }
     return node.key
     }
     return null
     }
     
     // 查找最大值
     this.findMax = function() {
     return maxNode(root)
     }
     var maxNode = function (node) {
     if(node) {
     while (node && node.right !== null) {
     node =node.right
     }
     return node.key
     }
     return null
     }

    所搜特定值

    this.search = function(key) {
     return searchNode(root, key)
    }

    同样,实现它需要定义一个辅助方法,这个方法首先会检验node的合法性,如果为null,直接退出,并返回fasle。如果传入的key比当前传入node的key值小,它会继续递归查找node的左侧节点,反之,查找右侧节点。如果找到相等节点,直接退出,并返回true

     var searchNode = function(node, key) {
     if (node === null) {
     return false
     }
     if (key < node.key) {
     return searchNode(node.left, key)
     }else if (key > node.key) {
     return searchNode(node.right, key)
     }else {
     return true
     }
     }

    移除节点

    移除节点的实现情况比较复杂,它会有三种不同的情况:

  • 需要移除的节点是一个叶子节点

  • 需要移除的节点包含一个子节点

  • 需要移除的节点包含两个子节点

  • 和实现搜索指定节点一元,要移除某个节点,必须先找到它所在的位置,因此移除方法的实现中部分代码和上面相同:

     // 移除节点
     this.remove = function(key) {
     removeNode(root,key)
     }
     var removeNode = function(node, key) {
     if (node === null) {
     return null
     }
     if (key < node.key) {
     node.left = removeNode(node.left, key)
     return node
     }else if(key > node.key) {
     node.right = removeNode(node.right,key)
     return node
     }else{
     //需要移除的节点是一个叶子节点
     if (node.left === null && node.right === null) {
     node = null
     return node
     }
     //需要移除的节点包含一个子节点
     if (node.letf === null) {
     node = node.right
     return node
     }else if (node.right === null) {
     node = node.left
     return node
     }
     //需要移除的节点包含两个子节点
     var aux = findMinNode(node.right)
     node.key = aux.key
     node.right = removeNode(node.right, axu.key)
     return node
     }
     }
     var findMinNode = function(node) {
     if (node) {
     while (node && node.left !== null) {
     node = node.left
     }
     return node
     }
     return null
     }

    其中,移除包含两个子节点的节点是最复杂的情况,它包含左侧节点和右侧节点,对它进行移除主要需要三个步骤:

    1. 需要找到它右侧子树中的最小节点来代替它的位置

    2. 将它右侧子树中的最小节点移除

    3. 将更新后的节点的引用指向原节点的父节点

    有点绕儿,但必须这样,因为删除元素后的二叉搜索树必须保持它的排序性质

    测试删除节点

    tree.remove(8)
    tree.inOrderTraverse()

    打印结果:

    3
    6
    9
    12
    15

    8 这个节点被成功删除了,但是对二叉查找树进行中序遍历依然是保持排序性质的

    到这里,一个简单的二叉查找树就基本上完成了,我们为它实现了,添加、查找、删除以及先中后三种遍历方法

    存在的问题

    但是实际上这样的二叉查找树是存在一些问题的,当我们不断的添加更大/更小的元素的时候,会出现如下情况:

    tree.insert(16)
    tree.insert(17)
    tree.insert(18)

    来看看现在整颗树的情况:

    看图片容易得出它是不平衡的,这又会引出平衡树的概念,要解决这个问题,还需要更复杂的实现,例如:AVL树,红黑树 哎,之后再慢慢去学习吧

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