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[数据结构与算法]二叉树结构的遍历总结以及python实现

前言

作为一种经典的非线形数据结构,树的应用十分广泛。其中二叉树是一种非常典型的树结构,即每个节点最多只有左右两个分支。在这篇文章中,我会总结一下关于二叉树结构的一个重要问题:遍历。和线形结构不同,二叉树的遍历存在多种方式,最主要的3种就是前序,中序以及后序遍历。当然还有其他方式比如层次遍历等。OK,我们进入正题。

假设我们现在有这样一棵简单的二叉树。

让我们用python代码快速实现一下这棵树。

#!/usr/bin/env python

#define the class of node
class Binary_Tree_Node():
    def __init__(self,data):
        self.data=data
        self.lchild=None #left side node
        self.rchild=None #right side node


#generate node
a=Binary_Tree_Node("A")
b=Binary_Tree_Node("B")
c=Binary_Tree_Node("C")
d=Binary_Tree_Node("D")
e=Binary_Tree_Node("E")
f=Binary_Tree_Node("F")
g=Binary_Tree_Node("G")

#link them
e.lchild=a
e.rchild=g
a.rchild=c
c.lchild=b
c.rchild=d
g.rchild=f

前序遍历

前序遍历的逻辑是从根节点出发(root),先递归地遍历左子树,然后再递归地遍历右子树。

以上面这棵树作为例子,第一步从E出发,接下来进入左子树,到根节点A,再去看A的左子树,发现没有,再进入右子树,到根节点C,然后左子树,到节点B,发现已经没有继续的节点。就进入右子树,到节点D,同样发现没有继续的节点。到此整棵左子树遍历结束。

然后进入最初根节点E的右子树,同样先去找左子树,发现为空。然后进入右子树,根节点G,继续寻找左子树,发现为空。然后进入右子树,根节点F。没有后续节点。结束。

整个遍历顺序就是E->A->C->B->D->G->F。

用代码来实现一下,本质就是使用递归。

#the same script with above code block

def prima_order(root):
    if root:
        print(root.data,end="->") #root
        prima_order(root.lchild) #recursion of left child tree
        prima_order(root.rchild) #recursion of right child tree
        return 'end'

if __name__=='__main__':
    print(prima_order(e))
        

中序遍历

中序遍历的逻辑是先递归遍历左子树,再到中间的根节点,最后是右子树。也就是将根节点放在中间的位置。

同样还是以上面这棵树为例。先进入左子树,即以A为根节点的左子树。仔细观察后发现以A为根节点的树并没有左子树,因此直接到A这个根节点,再进入其右子树(以C为根节点)。发现其有左子树B, 没有后续,再进入根节点C,再进入右子树,只有一个节点D。到此最初根节点E下的左子树已经遍历完成。

然后就自然是E节点自己。

然后进入右子树。发现以G为根节点的树同样没有左子树,那么直接到G自己,再到右子树,发现只有一个F,遍历完后结束。

所以最终的遍历结果为A->B->C->D->E->G->F

以下是代码

def mid_order(root):
    if root:
        mid_order(root.lchild)
        print(root.data,end='->')
        mid_order(root.rchild)
        return 'end'

后序遍历

根据前面两种遍历方式的逻辑以及对应的名字,其实我们已经很容易猜到后序遍历的遍历逻辑了。

即先遍历左子树,再遍历右子树,最后访问自己。

还是以上面的树作为例子。首先进入以A为根节点的左子树,发现没有左子树,那就进入右子树(以C为根节点),同样先去左子树B,再去右子树D,最后回到根C,再到上一级的根节点A。到这里整棵树的左子树遍历完毕。然后进入整棵树的右子树(以G为根节点)。先去左子树,发现为空,然后到右子树F,最后回到根节点G,到此右子树叶完成遍历,最后到根节点E。结束

最终的遍历结果为B->D->C->A->F->G->E

以下是代码,本质就是调换一下递归的顺序罢了。

def back_order(root):
    if root:
        back_order(root.lchild)
        back_order(root.rchild)
        print(root.data,end='->')
        return 'end'

上面介绍了三种最基本的遍历方式,最后放一道基础的笔试题来帮助大家的理解。

Q:假设我们已知一棵二叉树的后序遍历结果为B->F->E->G->C->D->A,中序遍历结果为B->A->D->E->F->C->G?。请问这棵二叉树的前序遍历结果为什么?

A:A->B->D->C->E->F->G

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加:2021-07-14 23:11:55  更:2021-07-14 23:13:00 
 
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