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   -> 数据结构与算法 -> 树及堆排序的补充 -> 正文阅读

[数据结构与算法]树及堆排序的补充

作者:>

二叉树

1.定义

前序中序后序遍历的概念解析

使用前序、中序、后序的方式来查询指定的节点

package com.atyuan.tree;

/**
 * @program: DataStructures
 * @description: 二叉树
 * @author: yuan
 * @create: 2021-10-18 21:05
 **/
public class BinaryTreeDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //创建二叉树
        BinaryTree binaryTree = new BinaryTree();
        //创建节点
        HeroNode h1 = new HeroNode(1,"吴用");
        HeroNode h2 = new HeroNode(2,"宋江");
        HeroNode h3 = new HeroNode(3,"卢俊义");
        HeroNode h4 = new HeroNode(4,"林冲");
        HeroNode h5 = new HeroNode(5, "鲁达");

        //先手动创建二叉树
        binaryTree.setRoot(h1);
        h1.setLeft(h2);
        h1.setRight(h3);
        h3.setLeft(h5);
        h3.setRight(h4);
//        System.out.println("前序遍历:");
//        binaryTree.preOrder();
//        System.out.println("=====================");
//        System.out.println("中序遍历:");
//        binaryTree.infixOrder();
//        System.out.println("=====================");
//        System.out.println("后序遍历:");
//        binaryTree.postOrder();
      /*
        //前序遍历
        System.out.println("前序遍历方式");
        HeroNode resNode = binaryTree.preOrderSearch(5);
        if(resNode!=null){
            System.out.printf("找到了,信息为no=%d,name=%s\n",resNode.getNo(),resNode.getName());
        }else {
            System.out.printf("没有找到no=%d的英雄\n",resNode.getNo());
        }
        System.out.println("一共找了"+HeroNode.count+"次");
        */
        System.out.println("中序遍历方式");
        HeroNode resNode = binaryTree.infixOrderSearch(5);
        if(resNode!=null){
            System.out.printf("找到了,信息为no=%d,name=%s\n",resNode.getNo(),resNode.getName());
        }else {
            System.out.printf("没有找到no=%d的英雄\n",resNode.getNo());
        }
        System.out.println("一共找了"+HeroNode.count+"次");
    }
}
//定义BinaryTree 二叉树
class BinaryTree{
    private HeroNode root;

    public void setRoot(HeroNode root) {
        this.root = root;
    }

    public HeroNode getRoot() {
        return root;
    }

    //前序遍历
    public void preOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.preOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    //中序遍历
    public void infixOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.infixOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    //后序遍历
    public void postOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.postOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    //前序遍历查找
    public HeroNode preOrderSearch(int no){
        if(root != null){
            return this.root.preOrderSearch(no);
        }else{
            return null;
        }
    }
    //中序遍历查找
    public HeroNode infixOrderSearch(int no){
        if(root != null){
            return this.root.infixOrderSearch(no);
        }else{
            return null;
        }
    }
    //后序遍历查找
    public HeroNode postOrderSearch(int no){
        if(root != null){
            return this.root.postOrderSearch(no);
        }else{
            return null;
        }
    }

}
//创建HeroNode 节点
class HeroNode{
    private int no;
    private String name;
    private HeroNode left;
    private HeroNode right;
    static int count = 0;

    public HeroNode(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNode getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNode left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNode getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNode right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
    //编写前序遍历
    public void preOrder(){
        System.out.println(this); //先输出父节点
        //递归向左子树前序遍历
        if(this.left!=null){
            this.left.preOrder();
        }
        if(this.right!=null){
            this.right.preOrder();
        }
    }
    //中序遍历
    public void infixOrder(){
        if(this.left!=null){
            this.left.infixOrder();
        }
        //输出父节点
        System.out.println(this);
        if(this.right!=null){
            this.right.infixOrder();
        }
    }
    //后序遍历
    public void postOrder(){
        //向左子树递归
        if(this.left!=null){
            this.left.postOrder();
        }
        //向右子树递归
        if(this.right!=null){
            this.right.postOrder();
        }
        //输出父节点
        System.out.println(this);
    }
    //前序遍历查找

    /**
     *
     * @param no 查找的编号
     * @return 找到就返回对应的英雄,没有就返回null
     */
    public HeroNode preOrderSearch(int no) {
        count++;
        //比较当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        HeroNode resNode = null;
        //向左子树递归
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.preOrderSearch(no);
        }
        if(resNode!=null){
            return resNode;
        }
        //向右子树递归
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.preOrderSearch(no);
        }
        return resNode;
    }
    //中序遍历查找
    public HeroNode infixOrderSearch(int no) {
        HeroNode resNode = null;
        //向左子树递归
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.infixOrderSearch(no);
        }
        if(resNode!=null){
            return resNode;
        }
        count++;
        //比较当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        //向右子树递归
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.infixOrderSearch(no);
        }
        return resNode;
    }
    //后序遍历
    public HeroNode postOrderSearch(int no) {
        HeroNode resNode = null;
        //向左子树递归
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.postOrderSearch(no);
        }
        if(resNode!=null){
            return resNode;
        }

        //向右子树递归
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.postOrderSearch(no);
        }
        if(resNode != null){
            return resNode;
        }
        count++;
        //比较当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        return null;
    }

}

要分析查找的次数,count需要放在比较之前

如果放在前面可能只判断了左右是否为空,但是没有进行值的比较

二叉树节点删除思路


?


 //递归删除节点
    //1.如果删除的节点是叶子节点,则删除该节点
    //2.如果是非叶子节点,则删除该子树
    public void delNode(int no){
        //判断左子节点
        if(this.left != null && this.left.no == no){
            this.left = null;
            return;
        }
        //判断右子节点
        if(this.right != null && this.right.no == no){
            this.right = null;
            return;
        }
        if(this.left!=null){
            this.left.delNode(no);
        }
        if(this.right!=null){
            this.right.delNode(no);
        }
    }

?

顺序存储二叉树

package com.atyuan.tree;

/**
 * @program: DataStructures
 * @description: 顺序存储二叉树
 * @author: yuan
 * @create: 2021-10-19 21:37
 **/
public class ArrBinaryTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //模拟一个已经顺序存储好的数组  1  2	 4	5	3	6	7	
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7};
        ArrBinaryTree arrBinaryTree = new ArrBinaryTree(arr);
        arrBinaryTree.preOrder(0);
    }
}
//课后作业中序后序
class ArrBinaryTree{
    //存储数据节点的数组
    private int[] arr;
    public ArrBinaryTree(int[] arr){
        this.arr = arr;
    }

    //顺序存储二叉树的前序遍历

    /**
     *
     * @param index 数组下标索引
     */
    public void preOrder(int index){
        //如果数组为空,或者arr.length=0
        if(arr == null || arr.length == 0){
            System.out.println("数组为空,不能按照二叉树的前序遍历");
            return;
        }
        //输出当前元素
        System.out.print(arr[index]+"\t");
        //向左递归遍历,且需要防止越界
        if((index * 2 + 1) < arr.length){
            preOrder(2 * index + 1);
        }
        //向右递归
        if((index * 2 + 2) < arr.length){
            preOrder(2 * index + 2);
        }
    }
}

线索化二叉树

package com.atyuan.tree.threadedbinarytree;
/**
 * @program: DataStructures
 * @description: 线索化二叉树
 * @author: yuan
 * @create: 2021-10-19 22:06
 **/
public class ThreadedBinaryTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试中序线索二叉树功能
        HeroNode root = new HeroNode(1, "Tom");
        HeroNode node2 = new HeroNode(3, "Jack");
        HeroNode node3 = new HeroNode(6, "Mike");
        HeroNode node4 = new HeroNode(8, "Mary");
        HeroNode node5 = new HeroNode(10, "LiHua");
        HeroNode node6 = new HeroNode(6, "HAHA");

        root.setLeft(node2);
        root.setRight(node3);
        node2.setLeft(node4);
        node2.setRight(node5);
        node3.setLeft(node6);

        //创建线索化二叉树
        ThreadedBinaryTree threadedBinaryTree = new ThreadedBinaryTree();
        threadedBinaryTree.setRoot(root);
        //线索化
        threadedBinaryTree.threadedNodes();

        //查看已线索化的节点
        HeroNode node5Right = node5.getRight();
        System.out.println(node5Right);
        threadedBinaryTree.threadedList();
    }
}
class ThreadedBinaryTree{
    private HeroNode root;
    //创建指向当前节点的前驱节点的指针
    private HeroNode pre = null;

    public void setRoot(HeroNode root) {
        this.root = root;
    }

    public HeroNode getRoot() {
        return root;
    }
    public void threadedNodes(){
        this.threadedNodes(root);
    }

    //遍历线索化二叉树
    public void threadedList(){
        HeroNode node = root;
        while(node != null){
            //循环找到LeftType == 1的节点,第一个找到的就是8,
            // 后面随着遍历而变化,因为当leftType == 1时,说明该节点是按照线索化
            //处理后的有效节点
            while(node.getLeftType() == 0){
                //如果等于0就接着往下遍历
                node = node.getLeft();
            }
            //打印当前节点
            System.out.println(node);
            //如果当前节点的右指针指向的是后继节点,就一直输出
            while(node.getRightType() == 1){
                node = node.getRight();
                System.out.println(node);
            }
            //替换这个遍历的节点,node变成null才可退出
            node = node.getRight();
        }
    }

    //编写对二叉树进行中序线索化的方法
    /***
     *
     * @param node 当前要线索化的节点
     */
    public void threadedNodes(HeroNode node){
        //如果node为空,不能线索化
        if(node == null){
            return;
        }
        //先线索化左子树
        threadedNodes(node.getLeft());
        //线索化当前节点
        //处理当前节点的前驱节点
        if(node.getLeft() == null){
            //第一个数左节点为空
            node.setLeft(pre);
            //修改当前节点的左指针类型,指向前驱节点
            node.setLeftType(1);

        }
        //处理后继节点
        if(pre != null && pre.getRight() == null){
            //让前驱节点的右指针指向当前节点
            pre.setRight(node);
            //修改前驱节点的右指针类型
            pre.setRightType(1);
        }
        pre = node;
  
        //线索化右子树
        threadedNodes(node.getRight());
    }

    //删除节点
    public void delNode(int no){
        if(this.root != null){
            if(root.getNo() == no){
                root = null;
            }else{
                //递归删除
                root.delNode(no);
            }
        }
    }

    //前序遍历
    public void preOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.preOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    //中序遍历
    public void infixOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.infixOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    //后序遍历
    public void postOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.postOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    //前序遍历查找
    public HeroNode preOrderSearch(int no){
        if(root != null){
            return this.root.preOrderSearch(no);
        }else{
            return null;
        }
    }
    //中序遍历查找
    public HeroNode infixOrderSearch(int no){
        if(root != null){
            return this.root.infixOrderSearch(no);
        }else{
            return null;
        }
    }
    //后序遍历查找
    public HeroNode postOrderSearch(int no){
        if(root != null){
            return this.root.postOrderSearch(no);
        }else{
            return null;
        }
    }
}


//创建HeroNode 节点
class HeroNode{
    private int no;
    private String name;
    private HeroNode left;
    private HeroNode right;
    static int count = 0;

    //如果leftType == 0 表示指向的是左子树,如果为1表示指向前驱节点
    //如果rightType == 0 表示指向的是右子树,如果为1表示指向后继节点
    private int leftType;
    private int rightType;

    public int getLeftType() {
        return leftType;
    }

    public void setLeftType(int leftType) {
        this.leftType = leftType;
    }

    public int getRightType() {
        return rightType;
    }

    public void setRightType(int rightType) {
        this.rightType = rightType;
    }

    public HeroNode(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public HeroNode getLeft() {
        return left;
    }

    public void setLeft(HeroNode left) {
        this.left = left;
    }

    public HeroNode getRight() {
        return right;
    }

    public void setRight(HeroNode right) {
        this.right = right;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    //递归删除节点
    //1.如果删除的节点是叶子节点,则删除该节点
    //2.如果是非叶子节点,则删除该子树
    public void delNode(int no){
        //判断左子节点
        if(this.left != null && this.left.no == no){
            this.left = null;
            return;
        }
        //判断右子节点
        if(this.right != null && this.right.no == no){
            this.right = null;
            return;
        }
        if(this.left!=null){
            this.left.delNode(no);
        }
        if(this.right!=null){
            this.right.delNode(no);
        }
    }


    //编写前序遍历
    public void preOrder(){
        System.out.println(this); //先输出父节点
        //递归向左子树前序遍历
        if(this.left!=null){
            this.left.preOrder();
        }
        if(this.right!=null){
            this.right.preOrder();
        }
    }
    //中序遍历
    public void infixOrder(){
        if(this.left!=null){
            this.left.infixOrder();
        }
        //输出父节点
        System.out.println(this);
        if(this.right!=null){
            this.right.infixOrder();
        }
    }
    //后序遍历
    public void postOrder(){
        //向左子树递归
        if(this.left!=null){
            this.left.postOrder();
        }
        //向右子树递归
        if(this.right!=null){
            this.right.postOrder();
        }
        //输出父节点
        System.out.println(this);
    }
    //前序遍历查找

    /**
     *
     * @param no 查找的编号
     * @return 找到就返回对应的英雄,没有就返回null
     */
    public HeroNode preOrderSearch(int no) {
        count++;
        //比较当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        HeroNode resNode = null;
        //向左子树递归
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.preOrderSearch(no);
        }
        if(resNode!=null){
            return resNode;
        }
        //向右子树递归
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.preOrderSearch(no);
        }
        return resNode;
    }
    //中序遍历查找
    public HeroNode infixOrderSearch(int no) {
        HeroNode resNode = null;
        //向左子树递归
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.infixOrderSearch(no);
        }
        if(resNode!=null){
            return resNode;
        }
        count++;
        //比较当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        //向右子树递归
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.infixOrderSearch(no);
        }
        return resNode;
    }
    //后序遍历
    public HeroNode postOrderSearch(int no) {
        HeroNode resNode = null;
        //向左子树递归
        if (this.left != null) {
            resNode = this.left.postOrderSearch(no);
        }
        if(resNode!=null){
            return resNode;
        }

        //向右子树递归
        if (this.right != null) {
            resNode = this.right.postOrderSearch(no);
        }
        if(resNode != null){
            return resNode;
        }
        count++;
        //比较当前节点
        if (this.no == no) {
            return this;
        }
        return null;
    }

}

堆排序

?

?

package com.atyuan.sort;

import java.util.Arrays;

/**
 * @program: DataStructures
 * @description: 堆排序
 * @author: yuan
 * @create: 2021-10-20 20:09
 **/
public class HeapSort {
    //升序使用大顶堆,降序使用小顶堆
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {4,6,8,5,9};
        heapSort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

    //编写堆排序的方法
    public static void heapSort(int arr[]){
        System.out.println("堆排序");
        int temp = 0;
        // 将无序序列构建成一个大顶堆
        for (int i = arr.length / 2 - 1; i >= 0; i--) {
            adjustHeap(arr,i, arr.length);
        }
        //将堆顶元素与末尾元素交换
        for (int j = arr.length - 1; j > 0; j--) {
            //交换
            temp = arr[j];
            arr[j] = arr[0];
            arr[0] = temp;
            adjustHeap(arr,0,j);
        }
    }

    //调整成大顶堆

    /**
     *  功能:完成将以i对应的非叶子节点的数调整成大顶堆
     * @param arr 待调整的数组
     * @param i 表示非叶子节点在数组中的索引
     * @param length 表示对多少个元素继续调整,length在逐渐减少
     */
    public static void adjustHeap(int[] arr, int i,int length){
        //保存当前元素的值,保存到临时变量
        int temp = arr[i];
        //k = 2 * i + 1:表示左子节点
        for (int k = 2 * i + 1; k < length; k = k * 2 + 1 ) {
            //说明左子节点的值
            if(k+1 < length && arr[k] < arr[k+1]){
                k++; //k指向右节点
            }
            if(arr[k] > temp){
                arr[i] = arr[k];  //把较大的值赋给当前节点
                i = k; //i指向k,继续循环比较
            }else{
                break;
            }
        }
        //当for循环结束,已经将以i为父节点的树的最大值放到顶上
        arr[i] = temp;  //将原来的值放到替换的位置
    }
}

赫夫曼树

?

package com.atyuan.huffmanTree;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

/**
 * @program: DataStructures
 * @description: 赫夫曼树
 * @author: yuan
 * @create: 2021-10-20 21:57
 **/
public class HuffmanTree {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {13,7,8,3,29,6,1};
        Node huffmanTree = createHuffmanTree(arr);
        preOrder(huffmanTree);
    }
    //编写前序遍历
    public static void preOrder(Node root){
        if(root!=null){
            root.preOrder();
        }else{
            System.out.println("空树不能遍历");
        }
    }
    //创建赫夫曼树的方法
    public static Node createHuffmanTree(int[] arr){
        //遍历arr数组
        //将arr的每个元素构成一个Node
        //将Node放入到ArrayList
        List<Node> nodes = new ArrayList<>();
        for (int value : arr) {
            nodes.add(new Node(value));
        }


        while (nodes.size() > 1){
            //从小到大排序
            Collections.sort(nodes);
            //取出权值最小的两个二叉树
            Node leftNode = nodes.get(0);
            Node rightNode = nodes.get(1);
            //构建新的二叉树
            Node parent = new Node(leftNode.value + rightNode.value);
            parent.left = leftNode;
            parent.right = rightNode;
            //删除处理过的二叉树
            nodes.remove(leftNode);
            nodes.remove(rightNode);
            //将parent加入到集合中
            nodes.add(parent);
        }
        return nodes.get(0);

    }
}
class Node implements Comparable<Node>{
    int value; //结点权值
    Node left; //指向左节点
    Node right; //指向右结点

    //前序遍历
    public void preOrder(){
        System.out.println(this);
        if(this.left != null){
            this.left.preOrder();
        }
        if(this.right != null){
            this.right.preOrder();
        }
    }
    public Node(int value){
        this.value = value;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Node{" +
                "value=" + value +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Node o) {
        //从小到大排
        return this.value - o.value;
    }
}

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