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Java二叉搜索树的增、插、删和创建示例详解

PHPz
发布: 2023-04-25 16:40:08
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    ①概念

    二叉搜索树又称二叉排序树,它或者是一棵空树**,或者是具有以下性质的二叉树:

    若它的左子树不为空,则左子树上所有节点的值都小于根节点的值

    若它的右子树不为空,则右子树上所有节点的值都大于根节点的值

    它的左右子树也分别为二叉搜索树

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    ②操作-查找

    二叉搜索树的查找类似于二分法查找

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    public Node search(int key) {
            Node cur = root;
            while (cur != null) {
                if(cur.val == key) {
                    return cur;
                }else if(cur.val < key) {
                    cur = cur.right;
                }else {
                    cur = cur.left;
                }
            }
            return null;
        }
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    ③操作-插入

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

      public boolean insert(int key) {
            Node node = new Node(key);
            if(root == null) {
                root = node;
                return true;
            }
     
            Node cur = root;
            Node parent = null;
     
            while(cur != null) {
                if(cur.val == key) {
                    return false;
                }else if(cur.val < key) {
                    parent = cur;
                    cur = cur.right;
                }else {
                    parent = cur;
                    cur = cur.left;
                }
            }
            //parent
            if(parent.val > key) {
                parent.left = node;
            }else {
                parent.right = node;
            }
     
            return true;
        }
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    ④操作-删除

    删除操作较为复杂,但理解了其原理还是比较容易

    设待删除结点为 cur, 待删除结点的双亲结点为 parent

    1. cur.left == null

    1. cur 是 root,则 root = cur.right

    2. cur 不是 root,cur 是 parent.left,则 parent.left = cur.right

    3. cur 不是 root,cur 是 parent.right,则 parent.right = cur.right

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    2. cur.right == null

    1. cur 是 root,则 root = cur.left

    2. cur 不是 root,cur 是 parent.left,则 parent.left = cur.left

    3. cur 不是 root,cur 是 parent.right,则 parent.right = cur.left

    第二种情况和第一种情况相同,只是方向相反,这里不再画图

    3. cur.left != null && cur.right != null

    需要使用替换法进行删除,即在它的右子树中寻找中序下的第一个结点(关键码最小),用它的值填补到被删除节点中,再来处理该结点的删除问题

    当我们在左右子树都不为空的情况下进行删除,删除该节点会破坏树的结构,因此用替罪羊的方法来解决,实际删除的过程还是上面的两种情况,这里还是用到了搜索二叉树的性质

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

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    public void remove(Node parent,Node cur) {
            if(cur.left == null) {
                if(cur == root) {
                    root = cur.right;
                }else if(cur == parent.left) {
                    parent.left = cur.right;
                }else {
                    parent.right = cur.right;
                }
            }else if(cur.right == null) {
                if(cur == root) {
                    root = cur.left;
                }else if(cur == parent.left) {
                    parent.left = cur.left;
                }else {
                    parent.right = cur.left;
                }
            }else {
                Node targetParent =  cur;
                Node target = cur.right;
                while (target.left != null) {
                    targetParent = target;
                    target = target.left;
                }
                cur.val = target.val;
                if(target == targetParent.left) {
                    targetParent.left = target.right;
                }else {
                    targetParent.right = target.right;
                }
            }
        }
     
      public void removeKey(int key) {
            if(root == null) {
                return;
            }
            Node cur = root;
            Node parent = null;
            while (cur != null) {
                if(cur.val == key) {
                    remove(parent,cur);
                    return;
                }else if(cur.val < key){
                    parent = cur;
                    cur = cur.right;
                }else {
                    parent = cur;
                    cur = cur.left;
                }
            }
        }
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    ⑤性能分析

    插入和删除操作都必须先查找,查找效率代表了二叉搜索树中各个操作的性能。

    对有n个结点的二叉搜索树,若每个元素查找的概率相等,则二叉搜索树平均查找长度是结点在二叉搜索树的深度 的函数,即结点越深,则比较次数越多。

    但对于同一个关键码集合,如果各关键码插入的次序不同,可能得到不同结构的二叉搜索树:

    最优情况下,二叉搜索树为完全二叉树,其平均比较次数为:

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    最差情况下,二叉搜索树退化为单支树,其平均比较次数为:

    Java二叉搜索树增、插、删、创的示例分析

    ⑥完整代码

    public class TextDemo {
     
        public static class Node {
            public int val;
            public Node left;
            public Node right;
     
            public Node (int val) {
                this.val = val;
            }
        }
     
     
        public Node root;
     
        /**
         * 查找
         * @param key
         */
        public Node search(int key) {
            Node cur = root;
            while (cur != null) {
                if(cur.val == key) {
                    return cur;
                }else if(cur.val < key) {
                    cur = cur.right;
                }else {
                    cur = cur.left;
                }
            }
            return null;
        }
     
        /**
         *
         * @param key
         * @return
         */
        public boolean insert(int key) {
            Node node = new Node(key);
            if(root == null) {
                root = node;
                return true;
            }
     
            Node cur = root;
            Node parent = null;
     
            while(cur != null) {
                if(cur.val == key) {
                    return false;
                }else if(cur.val < key) {
                    parent = cur;
                    cur = cur.right;
                }else {
                    parent = cur;
                    cur = cur.left;
                }
            }
            //parent
            if(parent.val > key) {
                parent.left = node;
            }else {
                parent.right = node;
            }
     
            return true;
        }
     
        public void remove(Node parent,Node cur) {
            if(cur.left == null) {
                if(cur == root) {
                    root = cur.right;
                }else if(cur == parent.left) {
                    parent.left = cur.right;
                }else {
                    parent.right = cur.right;
                }
            }else if(cur.right == null) {
                if(cur == root) {
                    root = cur.left;
                }else if(cur == parent.left) {
                    parent.left = cur.left;
                }else {
                    parent.right = cur.left;
                }
            }else {
                Node targetParent =  cur;
                Node target = cur.right;
                while (target.left != null) {
                    targetParent = target;
                    target = target.left;
                }
                cur.val = target.val;
                if(target == targetParent.left) {
                    targetParent.left = target.right;
                }else {
                    targetParent.right = target.right;
                }
            }
        }
     
        public void removeKey(int key) {
            if(root == null) {
                return;
            }
            Node cur = root;
            Node parent = null;
            while (cur != null) {
                if(cur.val == key) {
                    remove(parent,cur);
                    return;
                }else if(cur.val < key){
                    parent = cur;
                    cur = cur.right;
                }else {
                    parent = cur;
                    cur = cur.left;
                }
            }
        }
     
    }
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