数据结构严蔚敏第6章学习教案.pptx
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1、会计学1数据结构数据结构(sh j ji u)严蔚敏第严蔚敏第6章章第一页,共141页。第1页/共141页第二页,共141页。 1数据(shj)的逻辑结构 2、数据的存储(cn ch)结构 3、数据的运算:检索、排序(pi x)、插入、删除、修改等。 A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个主要问题 第2页/共141页第三页,共141页。树形结构树形结构(jigu)全校学生档案管理的组织全校学生档案管理的组织(zzh)方式方式第3页/共141页第四页,共141页。ABCDEFGH树形结构树形结构 结点间具有结点间具有(jyu)分层次的连接关系
2、分层次的连接关系HBCDEFGA第4页/共141页第五页,共141页。6.1 树的类型定义树的类型定义6.2 6.2 二叉树的类型定义二叉树的类型定义6.3 二叉树的存储二叉树的存储(cn ch)结构结构6.4 二叉树的遍历二叉树的遍历(bin l)6.5 线索线索(xin su)二叉树二叉树6.6 树和森林的表示方法树和森林的表示方法6.7 树和森林的遍历树和森林的遍历6.8 哈夫曼树与哈夫曼编码哈夫曼树与哈夫曼编码第5页/共141页第六页,共141页。6.1 树的类型定义树的类型定义第6页/共141页第七页,共141页。数据数据(shj)对象对象 D:D是具有相同特性是具有相同特性(txn
3、g)的数据元素的集合。的数据元素的集合。 若D为空集,则称为空树 。 否则: (1) 在D中存在唯一的称为根的数据元素root; (2) 当n1时,其余结点可分为m (m0)个互 不相交的有限集T1, T2, , Tm,其中每一 棵子(k zi)集本身又是一棵符合本定义的树, 称为根root的子树。 数据关系数据关系 R:第7页/共141页第八页,共141页。ABCDEFGHIJMKLA( B(E, F(K, L), C(G), D(H, I, J(M) )T1T3T2树根(sh n)例如例如(lr):(lr):第8页/共141页第九页,共141页。 基本操作:基本操作:查查 找找 类类 插插
4、 入入 类类删删 除除 类类第9页/共141页第十页,共141页。 Root(T) / 求树的根结点(ji din) 查找查找(ch zho)类:类:Value(T, cur_e) / 求当前求当前(dngqin)结点的元素值结点的元素值 Parent(T, cur_e) / 求当前结点的双亲结点求当前结点的双亲结点LeftChild(T, cur_e) / 求当前结点的最左孩子求当前结点的最左孩子 RightSibling(T, cur_e) / 求当前结点的右兄弟求当前结点的右兄弟TreeEmpty(T) / 判定树是否为空树判定树是否为空树 TreeDepth(T) / 求树的深度求树的
5、深度TraverseTree( T, Visit() ) / 遍历遍历第10页/共141页第十一页,共141页。InitTree(&T) / 初始化置空树初始化置空树 插入插入(ch r)类:类:CreateTree(&T, definition) / 按定义按定义(dngy)构造树构造树Assign(T, cur_e, value) / 给当前给当前(dngqin)结点赋值结点赋值InsertChild(&T, &p, i, c) / 将以将以c为根的树插入为结点为根的树插入为结点p的第的第i棵子树棵子树第11页/共141页第十二页,共141页。 ClearTree(&T) / 将树清空(q
6、n kn) 删除删除(shnch)类:类:DestroyTree(&T) / 销毁销毁(xiohu)树的结构树的结构DeleteChild(&T, &p, i) / 删除结点删除结点p的第的第i棵子树棵子树第12页/共141页第十三页,共141页。对比树型结构对比树型结构(jigu)和线和线性结构性结构(jigu)的结构的结构(jigu)特点特点第13页/共141页第十四页,共141页。线性结构线性结构(jigu)树型结构树型结构(jigu)第一个数据第一个数据(shj)(shj)元素元素 ( (无前驱无前驱) ) 根结点根结点 ( (无前驱无前驱) )最后一个数据元素最后一个数据元素 (无后
7、继无后继)多个叶子结点多个叶子结点 ( (无后继无后继) )其它数据元素其它数据元素( (一个前驱、一个前驱、 一个后继一个后继) )其它数据元素其它数据元素( (一个前驱、一个前驱、 多个后继多个后继) )第14页/共141页第十五页,共141页。基基 本本 术术 语语第15页/共141页第十六页,共141页。结点结点(ji din):(ji din):结点结点(ji din)(ji din)的度的度: :树的度树的度: :叶子叶子(y zi)(y zi)结点结点: :分支结点分支结点: :数据元素+ +若干指向子树的分支分支的个数树中所有结点的度的最大值度为零的结点度大于零的结点DHIJM
8、第16页/共141页第十七页,共141页。(从根到结点(ji din)的)路径:孩子孩子(hi zi)(hi zi)结点、双亲结点结点、双亲结点兄弟结点、堂兄弟兄弟结点、堂兄弟祖先结点、子孙结点祖先结点、子孙结点结点结点(ji din)(ji din)的层次的层次: :树的深度:树的深度: 由从根根到该结点所经分支和结点构成ABCDEFGHIJMKL假设根结点的层次为1,第l 层的结点的子树根结点的层次为l+1树中叶子结点所在的最大层次第17页/共141页第十八页,共141页。任何一棵非空树是一个二元组 Tree = (root,F)其中(qzhng):root 被称为根结点 F 被称为子树森
9、林森林森林(snln):是m(m0)棵互不相交(xingjio)的树的集合ArootBCDEFGHIJMKLF第18页/共141页第十九页,共141页。6.2 二叉树的类型定义二叉树的类型定义第19页/共141页第二十页,共141页。 二叉树或为空树,或是由一个根结点加上两棵分别称为(chn wi)左子树和右子树的、互不交的二叉树组成。ABCDEFGHK根结点(ji din)左子树右子树第20页/共141页第二十一页,共141页。二叉树的五种基本二叉树的五种基本(jbn)形态:形态:N空树空树只含根结点只含根结点(ji din)NNNLRR右子树为空树右子树为空树L左子树为空树左子树为空树左右
10、左右(zuyu)子树子树均不为均不为空树空树第21页/共141页第二十二页,共141页。 二叉树的主要二叉树的主要(zhyo)基本操作:基本操作:查查 找找 类类插插 入入 类类删删 除除 类类第22页/共141页第二十三页,共141页。 Root(T); Value(T, e); Parent(T, e); LeftChild(T, e); RightChild(T, e); LeftSibling(T, e); RightSibling(T, e); BiTreeEmpty(T); BiTreeDepth(T); PreOrderTraverse(T, Visit(); InOrderTr
11、averse(T, Visit(); PostOrderTraverse(T, Visit(); LevelOrderTraverse(T, Visit();第23页/共141页第二十四页,共141页。 InitBiTree(&T); Assign(T, &e, value); CreateBiTree(&T, definition); InsertChild(T, p, LR, c);第24页/共141页第二十五页,共141页。ClearBiTree(&T); DestroyBiTree(&T);DeleteChild(T, p, LR);第25页/共141页第二十六页,共141页。二叉树二
12、叉树的重要的重要(zhngyo)特性特性第26页/共141页第二十七页,共141页。用归纳法证明用归纳法证明(zhngmng): 归纳基:归纳基: 归纳假设:归纳假设: 归纳证明归纳证明(zhngmng):i = 1 层时,只有层时,只有(zhyu)一个根结点:一个根结点: 2i-1 = 20 = 1;假设对所有的 j,1 j i,命题成立;二叉树上每个结点至多有两棵子树,则第 i 层的结点数 = 2i-2 2 = 2i-1 。第27页/共141页第二十八页,共141页。证明证明(zhngmng): 基于上一条性质,深度为 k 的二叉树上的结点(ji din)数至多为 20+21+ +2k-1
13、 = 2k-1 。第28页/共141页第二十九页,共141页。证明证明(zhngmng):设设 二叉树上结点二叉树上结点(ji din)总数总数 n = n0 + n1 + n2又又 二叉树上分支总数二叉树上分支总数 b = n1+2n2 而而 b = n-1 = n0 + n1 + n2 - 1由此,由此, n0 = n2 + 1 。第29页/共141页第三十页,共141页。两类特殊两类特殊(tsh)的二叉树:的二叉树:满二叉树:指的是满二叉树:指的是深度为深度为k且含有且含有(hn yu)2k-1个结点的个结点的二叉树。二叉树。完全二叉树:树完全二叉树:树中所含的中所含的 n 个结个结点点
14、(ji din)和满和满二叉树中编号为二叉树中编号为 1 至至 n 的结点的结点(ji din)一一对应。一一对应。12345678910 11 121314 15abcdefghij第30页/共141页第三十一页,共141页。 性质性质 4 : 具有具有 n 个结点个结点(ji din)的完全的完全二叉树的深度为二叉树的深度为 log2n +1 。证明证明(zhngmng):设完全二叉树的深度为设完全二叉树的深度为 k 则根据第二条性质得则根据第二条性质得 2k-1 n 2k 即即 k-1 log2 n n,则该结点无左孩子, 否则,编号为 2i 的结点为其左孩子结点;(3) 若 2i+1n
15、,则该结点无右孩子结点, 否则,编号为2i+1 的结点为其右孩子结点。第32页/共141页第三十三页,共141页。6.3 二叉树的存储二叉树的存储(cn ch)结构结构二、二叉树的链式二、二叉树的链式 存储存储(cn ch)(cn ch)表示表示一、一、 二叉树的顺序二叉树的顺序(shnx) 存储表示存储表示第33页/共141页第三十四页,共141页。#define MAX_TREE_SIZE 100 / 二叉树的最大结点数二叉树的最大结点数typedef TElemType SqBiTreeMAX_ TREE_SIZE; / 0号单元号单元(dnyun)存储根结点存储根结点SqBiTree
16、bt;一、一、 二叉树的顺序存储表示二叉树的顺序存储表示(biosh)第34页/共141页第三十五页,共141页。例如例如(lr):ABCDEF A B D C E F 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 131401326顺序存储结构顺序存储结构(jigu)仅适用于完全二叉树!仅适用于完全二叉树!第35页/共141页第三十六页,共141页。二、二叉树的链式存储二、二叉树的链式存储(cn ch)(cn ch)表示表示1. 1. 二叉链表二叉链表2三叉链表三叉链表3 3双亲双亲(shungqn)(shungqn)链表链表4线索线索(xin su)链表链表第36页/共141页
17、第三十七页,共141页。ADEBCF rootlchild data rchild结点结点(ji din)结构结构:1. 1. 二叉链表二叉链表第37页/共141页第三十八页,共141页。typedef struct BiTNode / 结点结构结点结构 TElemType data; struct BiTNode *lchild, *rchild; / 左右左右(zuyu)孩子指针孩子指针 BiTNode, *BiTree;lchild data rchild结点结点(ji din)结构结构:C 语言的类型描述(mio sh)如下:第38页/共141页第三十九页,共141页。ADEBCF r
18、oot 2三叉链表三叉链表parent lchild data rchild结点结点(ji din)结构结构:第39页/共141页第四十页,共141页。 typedef struct TriTNode / 结点(ji din)结构 TElemType data; struct TriTNode *lchild, *rchild; / 左右孩子指针 struct TriTNode *parent; /双亲指针 TriTNode, *TriTree;parent lchild data rchild结点结点(ji din)结构结构:C 语言的类型(lixng)描述如下:第40页/共141页第四十一
19、页,共141页。0123456B2C0A -1D2E3F4 data parent结点结点(ji din)结构结构:3 3双亲双亲(shungqn)(shungqn)链表链表LRTagLRRRL第41页/共141页第四十二页,共141页。 typedef struct BPTNode / 结点(ji din)结构 TElemType data; int *parent; / 指向双亲的指针 char LRTag; / 左、右孩子标志域 BPTNode typedef struct BPTree / 树结构 BPTNode nodesMAX_TREE_SIZE; int num_node; /
20、结点(ji din)数目 int root; / 根结点(ji din)的位置 BPTree第42页/共141页第四十三页,共141页。6.4二叉树的遍历二叉树的遍历(bin l)第43页/共141页第四十四页,共141页。一、问题一、问题(wnt)的提出的提出二、先左后右的遍历二、先左后右的遍历(bin l)算法算法三、算法三、算法(sun f)的递归描述的递归描述四、中序遍历算法的非递归描述四、中序遍历算法的非递归描述五五、遍历算法的应用举例遍历算法的应用举例第44页/共141页第四十五页,共141页。 顺着某一条搜索路径巡访二叉树中的结点,使得(sh de)每个结点均被访问一次,而且仅被
21、访问一次。一、问题一、问题(wnt)的提出的提出“访问”的含义可以(ky)很广,如:输出结点的信息等。第45页/共141页第四十六页,共141页。 “遍历”是任何类型均有的操作,对线性结构而言,只有一条(y tio)搜索路径(因为每个结点均只有一个后继),故不需要另加讨论。而二叉树是非线性结构, 每个结点每个结点(ji din)有两个后继,有两个后继,则存在如何遍历即按什么样的搜索则存在如何遍历即按什么样的搜索路径遍历的问题。路径遍历的问题。第46页/共141页第四十七页,共141页。第47页/共141页第四十八页,共141页。二、先左后右的遍历二、先左后右的遍历(bin l)算法算法先序(根
22、)的遍历先序(根)的遍历(bin l)算法算法中序(根)的遍历中序(根)的遍历(bin l)算法算法后后序(根)的遍历算法第48页/共141页第四十九页,共141页。 若二叉树为空树,则空操作;否则(fuz),(1)访问根结点;(2)先序遍历左子树;(3)先序遍历右子树。先序(根)的遍历先序(根)的遍历(bin l)算法:算法:第49页/共141页第五十页,共141页。 若二叉树为空树,则空操作(cozu);否则,(1)中序遍历左子树;(2)访问根结点;(3)中序遍历右子树。中序(根)的遍历中序(根)的遍历(bin l)算法:算法:第50页/共141页第五十一页,共141页。 若二叉树为空树,
23、则空操作;否则,(1)后序遍历左子树;(2)后序遍历右子树;(3)访问(fngwn)根结点。后序后序(hu x)(根)的遍历算法:(根)的遍历算法:第51页/共141页第五十二页,共141页。ABCDE第52页/共141页第五十三页,共141页。三、算法三、算法(sun f)的递归描述的递归描述void Preorder (BiTree T, void( *visit)(TElemType& e) / 先序遍历二叉树先序遍历二叉树 if (T) visit(T-data); / 访问访问(fngwn)结点结点 Preorder(T-lchild, visit); / 遍历左子树遍历左子树 Pr
24、eorder(T-rchild, visit);/ 遍历右子树遍历右子树 第53页/共141页第五十四页,共141页。四、中序遍历四、中序遍历(bin l)算法的非递归描述算法的非递归描述BiTNode *GoFarLeft(BiTree T, Stack *S) if (!T ) return NULL; while (T-lchild ) Push(S, T); T = T-lchild; return T; 第54页/共141页第五十五页,共141页。void Inorder_I(BiTree T, void (*visit) (TelemType& e) Stack *S; t = G
25、oFarLeft(T, S); / 找到最左下的结点找到最左下的结点(ji din) while(t) visit(t-data); if (t-rchild) t = GoFarLeft(t-rchild, S); else if ( !StackEmpty(S ) / 栈不空时退栈栈不空时退栈 t = Pop(S); else t = NULL; / 栈空表明遍历结束栈空表明遍历结束 / while/ Inorder_I 第55页/共141页第五十六页,共141页。五、遍历五、遍历(bin l)算法的应用举例算法的应用举例1、统计二叉树中叶子结点、统计二叉树中叶子结点(ji din)的个数
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