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数据结构第6章_树
第6章 树 6.1 树的概念 6.2 二叉树 6.3 二叉树的存储结构 6.4 二叉树的遍历 6.5 树和森林 6.6 线索二叉树 6.7 二叉树的应用 习题 6.1 树的概念 树的直观表示法 使用圆圈表示结点,连线表示结点之间的关系,结点的名字可写在圆圈内或圆圈旁。 树的基本术语 结点:指树中的一个元素,包含数据项及若干指向其子树的分支。 结点的度:指结点拥有的子树个数。 树的度:指树中结点的度的最大值。 叶子:指度为零的结点,又称为终端结点。 孩子:一个结点的子树的根称为该结点的孩子。 双亲:一个结点的直接上层结点称为该结点的双亲。 兄弟:同一双亲的孩子互称为兄弟。 结点的层次:从根结点开始,根结点为第一层,根的孩子为第二层,根的孩子的孩子为第三层,依次类推。 树的深度:树中结点的最大层次数。 堂兄弟:双亲在同一层上的结点互称为堂兄弟。 路径:若存在一个结点序列k1,k2,…,kj, 可使k1到达kj, 则称这个结点序列是k1到达kj的一条路径。 子孙和祖先:若存在k1到kj的一条路径k1,k2,…,kj,则k1,…,kj-1为kj的祖先,而k2,…,kj为k1的子孙。 森林:m(m≥0)棵互不相交的树的集合构成森林。 有序树和无序树:若将树中每个结点的各个子树都看成是从左到右有次序的(即不能互换),则称该树为有序树,否则为无序树。 树的存储结构 顺序存储 顺序存储时,首先必须对树形结构的结点进行某种方式的线性化,使之成为一个线性序列,然后存储。 链式存储 链式存储时,使用多指针域的结点形式,每一个指针域指向一棵子树的根结点。 由于树的分支数不固定,很难给出一种固定的存储结构,通常采用二叉树的形式存储树。 6.2 二叉树 满二叉树和完全二叉树 一棵深度为k且有2k-1个结点的二叉树称为满二叉树。满二叉树的特点是每一层的结点数都达到该层可具有的最大结点数。 如果一个深度为k的二叉树,它的结点按照从根结点开始,自上而下,从左至右进行连续编号后,得到的顺序与满二叉树相应结点编号顺序一致,则称这个二叉树为完全二叉树。完全二叉树的1~k-1层上共有2k-1-1个结点,第k层的结点集中在左边。 满二叉树一定是完全二叉树,而完全二叉树不一定是满二叉树。 二叉树的性质-1 性质1:在二叉树的第i层上至多有2i-1个结点(i≥1)。 证明:可用数学归纳法予以证明。当i=1时,有2i-1=20=1,同时第一层上只有一个根结点,故命题成立。设当i=k时成立,即第k层上至多有2k-1个结点。当i=k+1时,由于二叉树的每个结点至多有两个孩子,所以第k+1层上至多有2?2k-1=2k个结点,故命题成立。 二叉树的性质-2 性质2:深度为k的二叉树至多有2k-1个结点(k≥1)。 证明:性质1给出了二叉树每一层中含有的最大结点数,深度为k的二叉树的结点总数至多为故命题成立。 二叉树的性质-3 性质3:对任何一棵二叉树,如果其终端结点数为n0,度为2的结点数为n2,则n0=n2+1。 证明:设度为1的结点数为n1,则一棵二叉树的结点总数为: n=n0+n1+n2 因为除根结点外,其余结点都有一个进入的分支(边),设B为分支总数,则n=B+1。又考虑到分支是由度为1和2的结点发出的,故有 B=2n2+n1,即 n=2n2+n1+1 比较两式可得n0=n2+1,证毕。 二叉树的性质-4 性质4:具有n个结点的完全二叉树的深度为?log2n?+1或?log2(n+1)?。 (其中?x?表示不大于x的最大整数,?x?表示不小于x的最小整数。) 证明:设完全二叉树的深度为k,则有 2k-1 - 1 n ? 2k – 1 (1) (1)式变形为 2k-1 n+1 ? 2k,两边取对数 k-1log2(n+1) ?k 取整得 k=?log2(n+1)? 2k-1 ? n 2k (第k层至少有一个结点) (2) 两边取对数 k-1 ? log2n k 因为k为整数,所以k = ?log2n? +1 二叉树的性质-5 性质5:如果将一棵有n个结点的完全二叉树的结点按层序(自 顶向下,同一层自左向右)连续编号1, 2, …, n,然 后按此结点编号将树中各结点顺序地存放于一个一维 数组中, 并简称编号为i的结点为结点i (1 ? i ? n)。则有以下关系: 若i == 1, 则 i 是二叉树的根,无双亲 若i 1, 则 i 的双亲为?
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