Python数据结构——二叉树的实现
1. 二叉树
二叉树(binary tree)中的每个节点都不能有多于两个的儿子。
1.1 二叉树列表实现
如上图的二叉树可用列表表示:
1 2 3 4 5 6 7 8 | tree = [ 'A' , #root [ 'B' , #左子树 [ 'D' ,[],[]], [ 'E' ,[],[]]], [ 'C' , #右子树 [ 'F' ,[],[]], []] ] |
实现:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | def BinaryTree(item): return [item,[],[]] def insertLeft(tree,item): leftSubtree = tree.pop( 1 ) if leftSubtree: tree.insert( 1 ,[item,leftSubtree,[]]) else : tree.insert( 1 ,[item,[],[]]) return tree def insertRight(tree,item): rightSubtree = tree.pop( 2 ) if rightSubtree: tree.insert( 2 ,[item,[],rightSubtree]) else : tree.insert( 2 ,[item,[],[]]) return tree def getLeftChild(tree): return tree[ 1 ] def getRightChild(tree): return tree[ 2 ] |
要实现下图的树:
1 2 3 4 5 6 | tree = BinaryTree( 'a' ) insertLeft(tree, 'b' ) insertRight(tree, 'c' ) insertRight((getLeftChild(tree)), 'd' ) insertLeft((getRightChild(tree)), 'e' ) insertRight((getRightChild(tree)), 'f' ) |
1.2 二叉树的类实现
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | class BinaryTree( object ): def __init__( self ,item): self .key = item self .leftChild = None self .rightChild = None def insertLeft( self ,item): if self .leftChild = = None : self .leftChild = BinaryTree(item) else : t = BinaryTree(item) t.leftChild = self .leftChild self .leftChild = t def insertRight( self ,item): if self .rightChild = = None : self .rightChild = BinaryTree(item) else : t = BinaryTree(item) t.rightChild = self .rightChild self .rightChild = t |
2. 表达式树
表达式树(expression tree)的树叶是操作数,其他节点为操作符。
图 ((7+3)*(5-2))的表达式树表示
2.1 根据中缀表达式构造表达式树:
遍历表达式:
1.建立一个空树
2.遇到'(',为当前的Node添加一个left child,并将left child当做当前Node。
3.遇到数字,赋值给当前的Node,并返回parent作为当前Node。
4.遇到('+-*/'),赋值给当前Node,并添加一个Node作为right child,将right child当做当前的Node。
5.遇到')',返回当前Node的parent。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | def buildexpressionTree(exp): tree = BinaryTree('') stack = [] stack.append(tree) currentTree = tree for i in exp: if i = = '(' : currentTree.insertLeft('') stack.append(currentTree) currentTree = currentTree.leftChild elif i not in '+-*/()' : currentTree.key = int (i) parent = stack.pop() currentTree = parent elif i in '+-*/' : currentTree.key = i currentTree.insertRight('') stack.append(currentTree) currentTree = currentTree.rightChild elif i = = ')' : currentTree = stack.pop() else : raise ValueError return tree |
上述算法对中缀表达式的写法要求比较繁琐,小括号应用太多,例如要写成(a+(b*c))的形式。
用后缀表达式构建表达式树会方便一点:如果符号是操作数,建立一个单节点并将一个指向它的指针推入栈中。如果符号是一个操作符,从栈中弹出指向两棵树T1和T2的指针并形成一棵新的树,树的根为此操作符,左右儿子分别指向T2和T1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | def build_tree_with_post(exp): stack = [] oper = '+-*/' for i in exp: if i not in oper: tree = BinaryTree( int (i)) stack.append(tree) else : righttree = stack.pop() lefttree = stack.pop() tree = BinaryTree(i) tree.leftChild = lefttree tree.rightChild = righttree stack.append(tree) return stack.pop() |
3.树的遍历
3.1 先序遍历(preorder travelsal)
先打印出根,然后递归的打印出左子树、右子树,对应先缀表达式
1 2 3 4 5 6 7 8 | def preorder(tree,nodelist = None ): if nodelist is None : nodelist = [] if tree: nodelist.append(tree.key) preorder(tree.leftChild,nodelist) preorder(tree.rightChild,nodelist) return nodelist |
3.2 中序遍历(inorder travelsal)
先递归的打印左子树,然后打印根,最后递归的打印右子树,对应中缀表达式
1 2 3 4 5 | def inorder(tree): if tree: inorder(tree.leftChild) print tree.key inorder(tree.rightChild) |
3.3 后序遍历(postorder travelsal)
递归的打印出左子树、右子树,然后打印根,对应后缀表达式
1 2 3 4 5 6 7 | def postorder(tree): if tree: for key in postorder(tree.leftChild): yield key for key in postorder(tree.rightChild): yield key yield tree.key |
3.4 表达式树的求值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | def postordereval(tree): operators = { '+' :operator.add, '-' :operator.sub, '*' :operator.mul, '/' :operator.truediv} leftvalue = None rightvalue = None if tree: leftvalue = postordereval(tree.leftChild) rightvalue = postordereval(tree.rightChild) if leftvalue and rightvalue: return operators[tree.key](leftvalue,rightvalue) else : return tree.key |
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