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Polish the chapter of stack_and_queue, tree
This commit is contained in:
@@ -1,6 +1,6 @@
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# 二叉树
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「二叉树 Binary Tree」是一种非线性数据结构,代表着祖先与后代之间的派生关系,体现着“一分为二”的分治逻辑。类似于链表,二叉树也是以节点为单位存储的,节点包含「值」和两个「指针」。
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「二叉树 Binary Tree」是一种非线性数据结构,代表着祖先与后代之间的派生关系,体现着“一分为二”的分治逻辑。与链表类似,二叉树的基本单元是节点,每个节点包含一个「值」和两个「指针」。
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=== "Java"
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@@ -123,34 +123,34 @@
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节点的两个指针分别指向「左子节点」和「右子节点」,并且称该节点为两个子节点的「父节点」。给定二叉树某节点,将“左子节点及其以下节点形成的树”称为该节点的「左子树」,右子树同理。
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节点的两个指针分别指向「左子节点」和「右子节点」,同时该节点被称为这两个子节点的「父节点」。当给定一个二叉树的节点时,我们将该节点的左子节点及其以下节点形成的树称为该节点的「左子树」,同理可得「右子树」。
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除了叶节点外,每个节点都有子节点和子树。例如,若将下图的“节点 2”看作父节点,那么其左子节点和右子节点分别为“节点 4”和“节点 5”,左子树和右子树分别为“节点 4 及其以下节点形成的树”和“节点 5 及其以下节点形成的树”。
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**在二叉树中,除叶节点外,其他所有节点都包含子节点和非空子树**。例如,在以下示例中,若将“节点 2”视为父节点,则其左子节点和右子节点分别是“节点 4”和“节点 5”,左子树是“节点 4 及其以下节点形成的树”,右子树是“节点 5 及其以下节点形成的树”。
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## 二叉树常见术语
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二叉树的术语较多,建议尽量理解并记住。后续可能遗忘,可以在需要使用时回来查看确认。
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二叉树涉及的术语较多,建议尽量理解并记住。
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- 「根节点 Root Node」:二叉树最顶层的节点,其没有父节点;
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- 「叶节点 Leaf Node」:没有子节点的节点,其两个指针都指向 $\text{null}$ ;
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- 节点所处「层 Level」:从顶至底依次增加,根节点所处层为 1 ;
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- 节点「度 Degree」:节点的子节点数量。二叉树中,度的范围是 0, 1, 2 ;
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- 「边 Edge」:连接两个节点的边,即节点指针;
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- 二叉树「高度」:二叉树中根节点到最远叶节点走过边的数量;
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- 节点「深度 Depth」 :根节点到该节点走过边的数量;
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- 节点「高度 Height」:最远叶节点到该节点走过边的数量;
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- 「根节点 Root Node」:位于二叉树顶层的节点,没有父节点;
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- 「叶节点 Leaf Node」:没有子节点的节点,其两个指针均指向 $\text{null}$ ;
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- 节点的「层 Level」:从顶至底递增,根节点所在层为 1 ;
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- 节点的「度 Degree」:节点的子节点的数量。在二叉树中,度的范围是 0, 1, 2 ;
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- 「边 Edge」:连接两个节点的线段,即节点指针;
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- 二叉树的「高度」:从根节点到最远叶节点所经过的边的数量;
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- 节点的「深度 Depth」 :从根节点到该节点所经过的边的数量;
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- 节点的「高度 Height」:从最远叶节点到该节点所经过的边的数量;
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!!! tip "高度与深度的定义"
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值得注意,我们通常将「高度」和「深度」定义为“走过边的数量”,而有些题目或教材会将其定义为“走过节点的数量”,此时高度或深度都需要 + 1 。
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请注意,我们通常将「高度」和「深度」定义为“走过边的数量”,但有些题目或教材可能会将其定义为“走过节点的数量”。在这种情况下,高度和深度都需要加 1 。
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## 二叉树基本操作
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**初始化二叉树**。与链表类似,先初始化节点,再构建引用指向(即指针)。
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**初始化二叉树**。与链表类似,首先初始化节点,然后构建引用指向(即指针)。
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=== "Java"
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@@ -298,7 +298,7 @@
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**插入与删除节点**。与链表类似,插入与删除节点都可以通过修改指针实现。
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**插入与删除节点**。与链表类似,通过修改指针来实现插入与删除节点。
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@@ -410,17 +410,17 @@
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!!! note
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插入节点会改变二叉树的原有逻辑结构,删除节点往往意味着删除了该节点的所有子树。因此,二叉树中的插入与删除一般都是由一套操作配合完成的,这样才能实现有意义的操作。
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需要注意的是,插入节点可能会改变二叉树的原有逻辑结构,而删除节点通常意味着删除该节点及其所有子树。因此,在二叉树中,插入与删除操作通常是由一套操作配合完成的,以实现有实际意义的操作。
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## 常见二叉树类型
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### 完美二叉树
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「完美二叉树 Perfect Binary Tree」的所有层的节点都被完全填满。在完美二叉树中,叶节点的度为 $0$ ,其余所有节点的度都为 $2$ ;若树高度 $= h$ ,则节点总数 $= 2^{h+1} - 1$ ,呈标准的指数级关系,反映着自然界中常见的细胞分裂。
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「完美二叉树 Perfect Binary Tree」除了最底层外,其余所有层的节点都被完全填满。在完美二叉树中,叶节点的度为 $0$ ,其余所有节点的度都为 $2$ ;若树高度为 $h$ ,则节点总数为 $2^{h+1} - 1$ ,呈现标准的指数级关系,反映了自然界中常见的细胞分裂现象。
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!!! tip
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在中文社区中,完美二叉树常被称为「满二叉树」,请注意与完满二叉树区分。
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在中文社区中,完美二叉树常被称为「满二叉树」,请注意区分。
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@@ -428,8 +428,6 @@
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「完全二叉树 Complete Binary Tree」只有最底层的节点未被填满,且最底层节点尽量靠左填充。
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**完全二叉树非常适合用数组来表示**。如果按照层序遍历序列的顺序来存储,那么空节点 `null` 一定全部出现在序列的尾部,因此我们就可以不用存储这些 null 了。
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### 完满二叉树
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@@ -440,15 +438,15 @@
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### 平衡二叉树
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「平衡二叉树 Balanced Binary Tree」中任意节点的左子树和右子树的高度之差的绝对值 $\leq 1$ 。
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「平衡二叉树 Balanced Binary Tree」中任意节点的左子树和右子树的高度之差的绝对值不超过 1 。
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## 二叉树的退化
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当二叉树的每层的节点都被填满时,达到「完美二叉树」;而当所有节点都偏向一边时,二叉树退化为「链表」。
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当二叉树的每层节点都被填满时,达到「完美二叉树」;而当所有节点都偏向一侧时,二叉树退化为「链表」。
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- 完美二叉树是一个二叉树的“最佳状态”,可以完全发挥出二叉树“分治”的优势;
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- 完美二叉树是理想情况,可以充分发挥二叉树“分治”的优势;
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- 链表则是另一个极端,各项操作都变为线性操作,时间复杂度退化至 $O(n)$ ;
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@@ -468,19 +466,19 @@
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## 二叉树表示方式 *
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我们一般使用二叉树的「链表表示」,即存储单位为节点 `TreeNode` ,节点之间通过指针(引用)相连接。本文前述示例代码展示了二叉树在链表表示下的各项基本操作。
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我们通常使用二叉树的「链表表示」,即存储单位为节点 `TreeNode` ,节点之间通过指针相连接。本文前述示例代码展示了二叉树在链表表示下的各项基本操作。
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那能否可以用「数组表示」二叉树呢?答案是肯定的。先来分析一个简单案例,给定一个「完美二叉树」,将节点按照层序遍历的顺序编号(从 0 开始),那么可以推导得出父节点索引与子节点索引之间的「映射公式」:**设节点的索引为 $i$ ,则该节点的左子节点索引为 $2i + 1$ 、右子节点索引为 $2i + 2$** 。
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那么,能否用「数组」来表示二叉树呢?答案是肯定的。先来分析一个简单案例,给定一个「完美二叉树」,将节点按照层序遍历的顺序编号(从 0 开始),那么可以推导得出父节点索引与子节点索引之间的“映射公式”:**若节点的索引为 $i$ ,则该节点的左子节点索引为 $2i + 1$ ,右子节点索引为 $2i + 2$** 。
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**本质上,映射公式的作用就是链表中的指针**。对于层序遍历序列中的任意节点,我们都可以使用映射公式来访问子节点。因此,可以直接使用层序遍历序列(即数组)来表示完美二叉树。
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**本质上,映射公式的作用相当于链表中的指针**。对于层序遍历序列中的任意节点,我们都可以使用映射公式来访问其子节点。因此,我们可以将二叉树的层序遍历序列存储到数组中,利用以上映射公式来表示二叉树。
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然而,完美二叉树只是个例,二叉树中间层往往存在许多空节点(即 `null` ),而层序遍历序列并不包含这些空节点,并且我们无法单凭序列来猜测空节点的数量和分布位置,**即理论上存在许多种二叉树都符合该层序遍历序列**。显然,这种情况无法使用数组来存储二叉树。
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然而,完美二叉树只是一个特例。在二叉树的中间层,通常存在许多 $\text{null}$ ,而层序遍历序列并不包含这些 $\text{null}$ 。我们无法仅凭序列来推测空节点的数量和分布位置,**这意味着理论上存在许多种二叉树都符合该层序遍历序列**。显然,在这种情况下,我们无法使用数组来存储二叉树。
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为了解决此问题,考虑按照完美二叉树的形式来表示所有二叉树,**即在序列中使用特殊符号来显式地表示“空位”**。如下图所示,这样处理后,序列(数组)就可以唯一表示二叉树了。
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为了解决这个问题,我们可以考虑按照完美二叉树的形式来表示所有二叉树,**并在序列中使用特殊符号来显式地表示 $\text{null}$**。如下图所示,这样处理后,层序遍历序列就可以唯一表示二叉树了。
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=== "Java"
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@@ -561,8 +559,8 @@
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回顾「完全二叉树」的定义,其只有最底层有空节点,并且最底层的节点尽量靠左,因而所有空节点都一定出现在层序遍历序列的末尾。**因为我们先验地确定了空位的位置,所以在使用数组表示完全二叉树时,可以省略存储“空位”**。因此,完全二叉树非常适合使用数组来表示。
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**完全二叉树非常适合使用数组来表示**。回顾「完全二叉树」的定义,$\text{null}$ 只出现在最底层,并且最底层的节点尽量靠左。这意味着,**所有空节点一定出现在层序遍历序列的末尾**。由于我们事先知道了所有 $\text{null}$ 的位置,因此在使用数组表示完全二叉树时,可以省略存储它们。
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数组表示有两个优点: 一是不需要存储指针,节省空间;二是可以随机访问节点。然而,当二叉树中的“空位”很多时,数组中只包含很少节点的数据,空间利用率很低。
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数组表示具有两个显著优点:首先,它不需要存储指针,从而节省了空间;其次,它允许随机访问节点。然而,当二叉树中存在大量 $\text{null}$ 时,数组中包含的节点数据比重较低,导致有效空间利用率降低。
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