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Co-authored-by: krahets <krahets@163.com>

ja/codes/python/chapter_tree/binary_search_tree.py

@@ -0,0 +1,146 @@
+"""
+File: binary_search_tree.py
+Created Time: 2022-12-20
+Author: a16su (lpluls001@gmail.com)
+"""
+
+import sys
+from pathlib import Path
+
+sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
+from modules import TreeNode, print_tree
+
+
+class BinarySearchTree:
+    """二分探索木"""
+
+    def __init__(self):
+        """コンストラクタ"""
+        # 空の木を初期化
+        self._root = None
+
+    def get_root(self) -> TreeNode | None:
+        """二分木のルートノードを取得"""
+        return self._root
+
+    def search(self, num: int) -> TreeNode | None:
+        """ノードを探索"""
+        cur = self._root
+        # ループで探索、葉ノードを通過した後にブレーク
+        while cur is not None:
+            # ターゲットノードはcurの右部分木にある
+            if cur.val < num:
+                cur = cur.right
+            # ターゲットノードはcurの左部分木にある
+            elif cur.val > num:
+                cur = cur.left
+            # ターゲットノードを発見、ループをブレーク
+            else:
+                break
+        return cur
+
+    def insert(self, num: int):
+        """ノードを挿入"""
+        # 木が空の場合、ルートノードを初期化
+        if self._root is None:
+            self._root = TreeNode(num)
+            return
+        # ループで探索、葉ノードを通過した後にブレーク
+        cur, pre = self._root, None
+        while cur is not None:
+            # 重複ノードを発見したため、戻る
+            if cur.val == num:
+                return
+            pre = cur
+            # 挿入位置はcurの右部分木にある
+            if cur.val < num:
+                cur = cur.right
+            # 挿入位置はcurの左部分木にある
+            else:
+                cur = cur.left
+        # ノードを挿入
+        node = TreeNode(num)
+        if pre.val < num:
+            pre.right = node
+        else:
+            pre.left = node
+
+    def remove(self, num: int):
+        """ノードを削除"""
+        # 木が空の場合、戻る
+        if self._root is None:
+            return
+        # ループで探索、葉ノードを通過した後にブレーク
+        cur, pre = self._root, None
+        while cur is not None:
+            # 削除するノードを発見、ループをブレーク
+            if cur.val == num:
+                break
+            pre = cur
+            # 削除するノードはcurの右部分木にある
+            if cur.val < num:
+                cur = cur.right
+            # 削除するノードはcurの左部分木にある
+            else:
+                cur = cur.left
+        # 削除するノードが存在しない場合、戻る
+        if cur is None:
+            return
+
+        # 子ノード数 = 0 または 1
+        if cur.left is None or cur.right is None:
+            # 子ノード数 = 0/1の場合、child = null/その子ノード
+            child = cur.left or cur.right
+            # ノードcurを削除
+            if cur != self._root:
+                if pre.left == cur:
+                    pre.left = child
+                else:
+                    pre.right = child
+            else:
+                # 削除されるノードがルートの場合、ルートを再割り当て
+                self._root = child
+        # 子ノード数 = 2
+        else:
+            # curの中順走査の次のノードを取得
+            tmp: TreeNode = cur.right
+            while tmp.left is not None:
+                tmp = tmp.left
+            # 再帰的にノードtmpを削除
+            self.remove(tmp.val)
+            # curをtmpで置き換え
+            cur.val = tmp.val
+
+
+"""ドライバコード"""
+if __name__ == "__main__":
+    # 二分探索木を初期化
+    bst = BinarySearchTree()
+    nums = [8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15]
+    # 注意：異なる挿入順序により、様々な木構造が生成される可能性がある。この特定のシーケンスは完全二分木を作成する
+    for num in nums:
+        bst.insert(num)
+    print("\n初期化された二分木は\n")
+    print_tree(bst.get_root())
+
+    # ノードを探索
+    node = bst.search(7)
+    print("\n発見されたノードオブジェクト: {}, ノードの値 = {}".format(node, node.val))
+
+    # ノードを挿入
+    bst.insert(16)
+    print("\nノード16を挿入後の二分木は\n")
+    print_tree(bst.get_root())
+
+    # ノードを削除
+    bst.remove(1)
+    print("\nノード1を削除後の二分木は\n")
+    print_tree(bst.get_root())
+
+    bst.remove(2)
+    print("\nノード2を削除後の二分木は\n")
+    print_tree(bst.get_root())
+
+    bst.remove(4)
+    print("\nノード4を削除後の二分木は\n")
+    print_tree(bst.get_root())