(9) 层数、堂兄弟:从根结点开始定义,根为第一层,根的孩子为第二层。其余结点的层数为双亲结点的层数加1.双亲在同一层上的结点互为堂兄弟。
(10)树的深度:树的结点中的最大层数称为树的深度
(11)有序树和无序树:如果树中结点的各子树从左至右是有次序的(即不能互换),则称为树为有序树,否则为无序树
(12)森林:有限树的集合
2.2 二叉树
二叉树是一种特殊的树,它是树形结构的一个重要类型。它结构简单,存储效率高,算法也相对简单,因此在讨论一般树的存储结构及操作之前,首先研究二叉树这种抽象数据类型。
2.2.1 二叉树的定义
(1) 二叉树
其特点是每个节点至多有两棵子树(即二叉树不存在度大于2),并且二叉树的子树有左右之分,其次序不能任意颠倒,即如果将其左右子树颠倒,就成为另一棵不同的二叉树。即使树中结点只有一棵子树,也要区分它是左子树还是右子树。因此二叉树具有五种形态:(a)空二叉树;(b)仅有根结点的二叉树;(c)右子树为空的二叉树;(d)左子树为空的二叉树;(e)左、右子树均为非空的二叉树。
(2) 满二叉树
在一棵二叉树中,如果所有分支结点都同时具有左孩子和右孩子,并且所有叶子结点都在同一层上。这种树的特点是每层上的结点数是最大结点数。如图1.2(a)是一棵满二叉树,图1.2(b)则不是满二叉树,因为虽然所有非叶子结点都有左右孩子,但其叶子结点不在同一层上。
(3) 完全二叉树
只允许树的最后一层出现空结点,且最下层的叶子结点集中在树的左部。显然,一颗满二叉树必定是一棵完全二叉树,而完全二叉树未必是满二叉树。若对完全二叉树每个结点自上而下、从左到右顺序编号,则序号为K的任一结点,其非空左、右子结点序号必为2K和2K+1(如图1.2(b))。
(a) 满二叉树
(b)完全二叉树
(c) 非完全二叉树
图1.2 满二叉树和完全二叉树
2.2.2 二叉树的存储结构
二叉树的存储结构可分为两种:顺序存储结构和链式存储结构。
(1)顺序存储结构:把一个满二叉树自上而下、从左到右顺序编号,并把编号依次存放在数组内,棵得到图1.3(a)所示的结果。设满二叉树结点在数组中的索引号为i,那么有如下性质。
如果i=0,此结点为根结点,无双亲。
如果i>0,则其双亲结点为(i-1)/2。(除法为整除)结点i的左孩子为2i+1,右孩子为2i+2。
如果i>0,当i为奇数十,它是双亲结点的左孩子,它的兄弟为i+1;当i为偶数时,它是双亲结点的右孩子,它的兄弟结点为i-1。
深度为K的满二叉树需要长度为 的数组进行存储。
通过以上性质可知,使用数组存放满二叉树的各结点非常方便,可以根据一个结点的索引号很容易地推算出它的双亲、孩子、兄弟等结点的编号,从而对这些结点进行访问,这是一种存储满二叉树或完全二叉树的最简单、最省空间的做法。
为了用结点在数组中的位置反映出结点之间的逻辑关系,存储一般二叉树时,只需要将数组中空结点所对应的位置设为空即可,其效果如图1.3(b)所示。这会造成一定的空间浪费,但如果空结点的数量不是很多,这些浪费可以忽略。
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