二叉排序树

　　当用线性表作为表的组织形式时，可以有三种查找法。其中以二分查找效率最高。但由于二分查找要求表中

节点按关键字有序，且不能用链表作存储结构，因此，当表的插入或删除操作频繁时，为维护表的有序性，

势必要移动表中很多节点。这时由移动节点引起的额外时间开销，就会抵消二分查找的优点。也就是说，

二分查找只适用于静态查找表。

　　若要对动态查找表进行高效率的查找，可采用下面介绍的几种特殊的二叉树或树作为表的组织形式。不妨将它们统称为树表。

 

二叉排序树

1、二叉排序树的定义 
　　二叉排序树(Binary Sort Tree)又称二叉查找(搜索)树(Binary Search Tree)。其定义为：二叉排序树或者是空树，或者是满足如下性质的二叉树：
①若它的左子树非空，则左子树上所有结点的值均小于根结点的值；
②若它的右子树非空，则右子树上所有结点的值均大于根结点的值；
③左、右子树本身又各是一棵二叉排序树。
　　上述性质简称二叉排序树性质(BST性质)，故二叉排序树实际上是满足BST性质的二叉树。

2、二叉排序树的特点
　　由BST性质可得：
　　（1） 二叉排序树中任一结点x，其左(右)子树中任一结点y(若存在)的关键字必小(大)于x的关键字。
　　（2） 二叉排序树中，各结点关键字是惟一的。
  注意：
　　实际应用中，不能保证被查找的数据集中各元素的关键字互不相同，所以可将二叉排序树定义中BST性质(1)里的"小于"改为"大于等于"，或将BST性质(2)里的"大于"改为"小于等于"，甚至可同时修改这两个性质。
　　（3） 按中序遍历该树所得到的中序序列是一个递增有序序列。

 

 java版源代码：

package arrange;

public class BinarySortTree {
    BSTreeNode rootNode;// 创建根节点
    // 创建二叉查找树

    public void createBSTree(int[] A) {
        rootNode = new BSTreeNode(A[0], null, null);// 初始化根节点

        for (int i = 1; i < A.length; i++) {// 逐个取出数组A中的元素用来构造二叉查找树
            BSTreeNode tmpNode = rootNode; // 为什么rootNode每次循环后都能增加新的值 ?
            // System.out.println(tmpNode.data);
            while (true) {
                if (tmpNode.data >= A[i]) {// 小于等于根节点
                    if (tmpNode.left == null) {// 如果左孩子为空，这把当前数组元素插入到左孩子节点的位置
                        tmpNode.left = new BSTreeNode(A[i], null, null); // 给节点的左子树赋值
                        break;
                    }

                    tmpNode = tmpNode.left;
                    // 如果不为空的话，则把左孩子节点用来和当前数组元素作比较
                } else {// 大于根节点
                    if (tmpNode.right == null) {// 如果右孩子为空，这把当前数组元素插入到左孩子节点的位置
                        tmpNode.right = new BSTreeNode(A[i], null, null);
                        break;
                    }
                    tmpNode = tmpNode.right;// 如果不为空的话，则把右孩子节点用来和当前数组元素作比较
                }
            }
        }

    }

    // 中序遍历二叉查找树（中序遍历之后便可以排序成功）
    public void inOrderBSTree(BSTreeNode x) {
        if (x != null) {
            inOrderBSTree(x.left);// 先遍历左子树
            System.out.print(x.data + ",");// 打印中间节点
            inOrderBSTree(x.right);// 最后遍历右子树
        }
    }

    // 查询二叉排序树--递归算法
    public BSTreeNode searchBSTree1(BSTreeNode x, BSTreeNode k) {
        if (x == null || k.data == x.data) {
            return x;// 返回查询到的节点
        }
        if (k.data < x.data) {// 如果k小于当前节点的数据域
            return searchBSTree1(x.left, k);// 从左孩子节点继续遍历
        } else {// 如果k大于当前节点的数据域
            return searchBSTree1(x.right, k);// 从右孩子节点继续遍历
        }
    }

    // 查询二叉排序树--非递归算法
    public BSTreeNode searchBSTree2(BSTreeNode x, BSTreeNode k) {
        while (x != null && k.data != x.data) {
            if (x.data > k.data) {
                x = x.left;// 从左孩子节点继续遍历
            } else {
                x = x.right;// 从右孩子节点继续遍历
            }
        }
        return x;
    }

    // 查找二叉查找树的最小节点
    public BSTreeNode searchMinNode(BSTreeNode x) {
        while (x.left != null) {
            x = x.left;
        }
        return x;
    }

    // 查找二叉查找树的最大节点
    public BSTreeNode searchMaxNode(BSTreeNode x) {
        while (x.right != null) {
            x = x.right;
        }
        return x;
    }

    // 插入节点进入二叉查找树
    public void insert(BSTreeNode k) {
        BSTreeNode r = rootNode;
        BSTreeNode p, q = null;
        p = r;
        while (p != null) {// while语句可以找到k节点所要插入的位置的父亲节点q
            q = p;
            if (p.data > k.data) {
                p = p.left;
            } else {
                p = p.right;
            }
        }
        if (q == null) {// 二叉查找树为空树的情况下，直接插入到根节点，这里的q为已知的k的父亲节点
            r.data = k.data;
        } else if (q.data > k.data) {// 插入到父亲节点q的左边
            q.left = k;
        } else {// 插入到父亲节点q的右边
            q.right = k;
        }
    }

    // 删除二叉查找树中指定的节点
    public void delete(BSTreeNode k) {// 分三种情况删除
        if (k.left == null && k.right == null) {// 第一种情况--没有子节点的情况下
            BSTreeNode p = parent(k);
            if (p.left == k) {// 其为父亲节点的左孩子
                p.left = null;
            } else if (p.right == k) {// 其为父亲节点的右孩子
                p.right = null;
            }
        } else if (k.left != null && k.right != null) {// 第二种情况--有两个孩子节点的情况下
            BSTreeNode s = successor(k);// k的后继节点
            delete(s);
            k.data = s.data;
        } else {// 第三种情况--只有一个孩子节点的情况下
            BSTreeNode p = parent(k);
            if (p.left == k) {
                if (k.left != null) {
                    p.left = k.left;
                } else {
                    p.left = k.right;
                }
            } else if (p.right == k) {
                if (k.left != null) {
                    p.right = k.left;
                } else {
                    p.right = k.right;
                }
            }

        }
    }

    // 查找节点的前驱节点
    public BSTreeNode predecessor(BSTreeNode k) {
        if (k.left != null) {
            return searchMaxNode(k.left);// 左子树的最大值
        }
        BSTreeNode y = parent(k);
        while (y != null && k == y.left) {// 向上找到最近的一个节点，其父亲节点的右子树包涵了当前节点或者其父亲节点为空
            k = y;
            y = parent(y);
        }
        return y;
    }

    // 查找节点的后继节点
    public BSTreeNode successor(BSTreeNode k) {
        if (k.right != null) {
            return searchMinNode(k.right);// 右子树的最小值
        }
        BSTreeNode y = parent(k);
        while (y != null && k == y.right) {// 向上找到最近的一个节点，其父亲节点的左子树包涵了当前节点或者其父亲节点为空
            k = y;
            y = parent(y);
        }
        return y;
    }

    // 求出父亲节点，在定义节点类BSTreeNode的时候，没有申明父亲节点，所以这里专门用parent用来输出父亲节点（主要是不想修改代码了，就在这里加一个parent函数吧）
    public BSTreeNode parent(BSTreeNode k) {
        BSTreeNode p = rootNode;
        BSTreeNode tmp = null;
        while (p != null && p.data != k.data) {// 最后的p为p。data等于k.data的节点，tmp为p的父亲节点
            if (p.data > k.data) {
                tmp = p;// 临时存放父亲节点
                p = p.left;
            } else {
                tmp = p;// 临时存放父亲节点
                p = p.right;
            }
        }
        return tmp;
    }

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int[] A = { 23, 12, 43, 2, 87, 54 };
        BSTreeNode searchNode1 = null;// 递归查找到的结果
        BSTreeNode searchNode2 = null;// 非递归查找到的结果
        BSTreeNode searchMinNode = null;// 最小节点
        BSTreeNode searchMaxNode = null;// 最大节点
        BSTreeNode k = null, l = null, p = null, q = null, m = null, n = null;// 申明6个节点k,l,p,q,m,n

        System.out.print("打印出数组A中的元素");
        for (int i = 0; i < A.length; i++)
            System.out.print(A[i] + ",");

        BinarySortTree bsTree = new BinarySortTree();

        bsTree.createBSTree(A);// 创建二叉查找树

        System.out.println();
        System.out.print("中序遍历构造的二叉查找树：");
        bsTree.inOrderBSTree(bsTree.rootNode);// 中序遍历二叉查找树

        k = new BSTreeNode(23, null, null);// 初始化一节点k，左右孩子为null
        l = new BSTreeNode(17, null, null);// 初始化一节点l，左右孩子为null
        q = new BSTreeNode(12, null, null);// 初始化一节点q，左右孩子为null
        // m=bsTree.searchBSTree2(bsTree.rootNode,
        // k);//从二叉查找树里面查找一个节点，其m.data为k.data(这个m节点在后面用来测试程序)
        searchNode1 = bsTree.searchBSTree1(bsTree.rootNode, k);// 查询二叉查找树----递归算法
        searchNode2 = bsTree.searchBSTree2(bsTree.rootNode, k);// 查询二叉查找树----非递归算法
        m = searchNode2;

        System.out.println("");
        System.out.println("递归算法--查找节点域：" + searchNode1.data + "左孩子：" + searchNode1.left.data + "右孩子：" + "查找节点域："
                + searchNode1.right.data);// 递归 实现
        System.out.println("非递归算法--查找节点域：" + searchNode2.data + "左孩子：" + searchNode2.left.data + "右孩子：" + "查找节点域："
                + searchNode2.right.data);// 循环实现

        searchMinNode = bsTree.searchMinNode(bsTree.rootNode);// 找到最小节点
        searchMaxNode = bsTree.searchMaxNode(bsTree.rootNode);// 找到最大节点

        System.out.println("最小节点：" + searchMinNode.data);
        System.out.println("最大节点：" + searchMaxNode.data);

        bsTree.insert(l);// 把l节点插入到二叉查找树中

        System.out.print("插入l节点(l的data为17)之后的二叉查找树的中序遍历结果:");
        bsTree.inOrderBSTree(bsTree.rootNode);// 中序遍历二叉查找树

        p = bsTree.parent(q);// 取q节点的父亲节点

        System.out.println("");
        System.out.println("q的父亲节点(q的data为12)：" + p.data + "左孩子：" + p.left.data + "右孩子：" + "查找节点域：" + p.right.data);// 这里的左孩子或者右孩子节点可能打印为空，会出现null异常

        bsTree.delete(l);
        System.out.print("删除l节点(l的data为17)之后的二叉查找树的中序遍历结果:");
        bsTree.inOrderBSTree(bsTree.rootNode);// 中序遍历二叉查找树

        n = bsTree.successor(m);
        System.out.println("");
        System.out.println("K的后继节点(k的data为23)：" + n.data);

        n = bsTree.predecessor(m);
        System.out.println("K的前驱节点(k的data为23)：" + n.data);
    }

}

// 二叉查找树的节点类
class BSTreeNode {
    int data;// 数据域
    BSTreeNode right;// 左孩子
    BSTreeNode left;// 右孩子
    // 构造二叉查找树的节点

    public BSTreeNode(int data, BSTreeNode right, BSTreeNode left) {
        this.data = data; // 给二叉树的数据域赋值
        this.right = right; // 给该节点的右孩子赋值
        this.left = left; // 给该节点的左孩子赋值
    }

}

 

 输出结果为：

打印出数组A中的元素23,12,43,2,87,54,
中序遍历构造的二叉查找树：2,12,23,43,54,87,
递归算法--查找节点域：23左孩子：12右孩子：查找节点域：43
非递归算法--查找节点域：23左孩子：12右孩子：查找节点域：43
最小节点：2
最大节点：87
插入l节点(l的data为17)之后的二叉查找树的中序遍历结果:2,12,17,23,43,54,87,
q的父亲节点(q的data为12)：23左孩子：12右孩子：查找节点域：43
删除l节点(l的data为17)之后的二叉查找树的中序遍历结果:2,12,23,43,54,87,
K的后继节点(k的data为23)：43
K的前驱节点(k的data为23)：12