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一、创建二叉树
package tree.bintree;
/**
* 创建非完全二叉树、完全二叉树、满二叉树 由于二叉树的节点增加没有什么规则，
* 所以这里只是简单的使用了递次性把整棵树创建出来，而没有设计出一个一个添加节点的方法与删除
*/
public class BinTree {
protected Entry root; //根
private int size; //树的节点数
/**
* 树的节点结构
* @author jzj
* @date 2009-12-23
*/
protected static class Entry {
int elem; //数据域，这里我们作为编号
Entry left; //左子树
Entry right; //右子树
public Entry(int elem) {
this.elem = elem;
}
public String toString() {
return " number=" + elem;
}
}
/**
* 根据给定的节点数创建一个完全二叉树或是满二叉树
* @param nodeCount 要创建节点总数
*/
public void createFullBiTree(int nodeCount) {
root = recurCreateFullBiTree(1,nodeCount);
}
/**
* 递归创建完全二叉树
* @param num 节点编号
* @param nodeCount 节点总数
* @return TreeNode 返回创建的节点
*/
private Entry recurCreateFullBiTree(int num, int nodeCount) {
size++;
Entry rootNode = new Entry(num);//根节点
//如果有左子树则创建左子树
if (num * 2 <= nodeCount) {
rootNode.left = recurCreateFullBiTree(num * 2, nodeCount);
//如果还可以创建右子树，则创建
if (num * 2 + 1 <= nodeCount) {
rootNode.right = recurCreateFullBiTree(num * 2 + 1,nodeCount);
}
}
return (Entry) rootNode;
}
/**
* 根据给定的数组创建一棵树，这个棵树可以是完全二叉树也可是普通二叉树
* 数组中为0的表示不创建该位置上的节点
* @param nums 数组中指定了要创建的节点的编号，如果为0，表示不创建
*/
public void createBinTree(int[] nums) {
root = recurCreateBinTree(nums, 0);
}
/**
* 递归创建二叉树
* @param nums 数组中指定了要创建的节点的编号，如果为0，表示不创建
* @param index 需要使用数组中的哪个元素创建节点，如果为元素为0，则不创建
* @return TreeNode 返回创建的节点，最终会返回树的根节点
*/
private Entry recurCreateBinTree(int[] nums, int index) {
//指定索引上的编号不为零上才需创建节点
if (nums[index] !=0) {
size++;
Entry rootNode = new Entry(nums[index]);//根节点
//如果有左子树则创建左子树
if ((index + 1) * 2 <= nums.length) {
rootNode.left = (Entry) recurCreateBinTree(nums, (index +1) * 2 - 1);
//如果还可以创建右子树，则创建
if ((index + 1) * 2 + 1 <= nums.length) {
rootNode.right = (Entry) recurCreateBinTree (nums, (index + 1) * 2);
}
}
return (Entry) rootNode;
}
return null;
}
public int size() {
return size;
}
//取树的最右边的节点
public int getLast() {
Entry e = root;
while (e.right != null) {
e = e.right;
}
return e.elem;
}
//测试
public static void main(String[] args) {
//创建一个满二叉树
BinTree binTree = new BinTree();
binTree.createFullBiTree(15);
System.out.println(binTree.size());//15
System.out.println(binTree.getLast());//15
//创建一个完全二叉树
binTree = new BinTree();
binTree.createFullBiTree(14);
System.out.println(binTree.size());//14
System.out.println(binTree.getLast());//7
//创建一棵非完全二叉树
binTree = new BinTree();
int[] nums = new int[] {1,2,3,4,0,0,5,0,6,0,0,0,0,7,8};
binTree.createBinTree(nums);
System.out.println(binTree.size());//8
System.out.println(binTree.getLast());//8
}
}
二、二叉树的递归遍历
package tree.bintree;
/*
* 由于二叉树所具有的递归性质，一棵非空的二叉树可以看作是由根节点、左子树和右子树3部分构成，
* 因为若能依次遍历这3部分的信息，也就遍历了整个二叉树。按照左子树的遍历在右子树的遍历之前进行的约定，
* 根据访问根节点位置的不同，可以得到二叉的前序、中序、后序3种遍历方法。
*/
/**
* 二叉树的三种 内部 遍历：前序、中序、后序
* 但不管是哪种方式，左子树的遍历在右子树的遍历之前遍历是这有三种遍历方式都
* 必须遵循的约定
*/
public class BinTreeInOrder extends BinTree {
/**
* 节点访问者，可根据需要重写visit方法
*/
static abstract class Visitor {
void visit(int ele) {
System.out.print(ele + " ");
}
}
public void preOrder(Visitor v) {
preOrder(v, root);
}
/**
* 树的前序递归遍历 pre=prefix(前缀)
* @param node 要遍历的节点
*/
private void preOrder(Visitor v, Entry node) {
//如果传进来的节点不为空，则遍历，注，叶子节点的子节点为null
if (node != null) {
v.visit(node.elem); //先遍历父节点
preOrder(v, node.left); //再遍历左节点
preOrder(v, node.right);//最后遍历右节点
}
}
public void inOrder(Visitor v) {
inOrder(v, root);
}
/**
* 树的中序递归遍历 in=infix(中缀)
* @param node 要遍历的节点
*/
private void inOrder(Visitor v, Entry node) {
//如果传进来的节点不为空，则遍历，注，叶子节点的子节点为null
if (node != null) {
inOrder(v, node.left); //先遍历左节点
v.visit(node.elem); //再遍历父节点
inOrder(v, node.right); //最后遍历右节点
}
}
public void postOrder(Visitor v) {
postOrder(v, root);
}
/**
* 树的后序递归遍历 post=postfix(后缀)
* @param node 要遍历的节点
*/
private void postOrder(Visitor v, Entry node) {
//如果传进来的节点不为空，则遍历，注，叶子节点的子节点为null
if (node != null) {
postOrder(v, node.left);//先遍历左节点
postOrder(v, node.right);//再遍历右节点
v.visit(node.elem);//最后遍历父节点
}
}
//测试
public static void main(String[] args) {
//创建二叉树
int[] nums = new int[] { 1, 2, 3, 4, 0, 0, 5, 0, 6, 0, 0, 0, 0, 7, 8 };
BinTreeInOrder treeOrder = new BinTreeInOrder();
treeOrder.createBinTree(nums);
System.out.print("前序遍历 - ");
treeOrder.preOrder(new Visitor() {});
System.out.println();
System.out.print("中序遍历 - ");
treeOrder.inOrder(new Visitor() {});
System.out.println();
System.out.print("后序遍历 - ");
treeOrder.postOrder(new Visitor() {});
/*
* output:
* 前序遍历 - 1 2 4 6 3 5 7 8
* 中序遍历 - 4 6 2 1 3 7 5 8
* 后序遍历 - 6 4 2 7 8 5 3 1
*/
}
}
三、二叉树的外部遍历
package tree.bintree;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Stack;
/**
* 二叉树的外部遍历：深度优先（先根）、广度（层次）优先遍历
*
* @author jzj
* @date 2009-12-23
*/
public class BinTreeOutOrder extends BinTree {
/**
* 二叉树深序优先遍历（即二叉树的先根遍历）迭代器，外部可以使用该迭代器
* 进行非递归的遍历，这是一种在二叉树结构外部的一种遍历算法，它没有使用
* 二叉树本身的结构特点（左右子树递归）进行递归遍历
* @author jzj
*/
private class DepthOrderIterator implements Iterator {
//栈里存放的是每个节点
private Stack stack = new Stack();
public DepthOrderIterator(Entry node) {
//根入栈，但在放入左右子节点前会马上出栈，即根先优于左右子节点访问
stack.push(node);
}
//是否还有下一个元素
public boolean hasNext() {
if (stack.isEmpty()) {
return false;
}
return true;
}
//取下一个元素
public Object next() {
if (hasNext()) {
//取栈顶元素
Entry treeNode = (Entry) stack.pop();//先访问根
if (treeNode.right != null) {
stack.push(treeNode.right);//再放入右子节点
}
if (treeNode.left != null) {
stack.push(treeNode.left);//最后放入左子节点，但访问先于右节点
}
// 返回遍历得到的节点
return treeNode;
} else {
// 如果栈为空
return null;
}
}
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
/**
* 向外界提供先根遍历迭代器
* @return Iterator 返回先根遍历迭代器
*/
public Iterator createPreOrderItr() {
return new DepthOrderIterator(root);
}
/**
* 二叉树广度优先遍历迭代器，外部可以使用该迭代器
* 进行非递归的遍历，这是一种在二叉树结构外部的一种遍历算法，它没有使用
* 二叉树本身的结构特点（左右子树递归）进行递归遍历
* @author jzj
*/
private class LevelOrderIterator implements Iterator {
//使用队列结构实现层次遍历，队列里存储的为节点
private LinkedList queue = new LinkedList();
public LevelOrderIterator(Entry node) {
if (node != null) {
//将根入队
queue.addLast(node);
}
}
//是否还有下一个元素
public boolean hasNext() {
if (queue.isEmpty()) {
return false;
}
return true;
}
//取下一个元素
public Object next() {
if (hasNext()) {
//取栈顶迭元素
Entry treeNode = (Entry) queue.removeFirst();
if (treeNode.left != null) {//如果有左子树，加入有序列表中
queue.addLast(treeNode.left);
}
if (treeNode.right != null) {//如果有右子树，加入有序列表中
queue.addLast(treeNode.right);
}
// 返回遍历得到的节点
return treeNode;
} else {
// 如果队列为空
return null;
}
}
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
/**
* 向外界提供广度优先迭代器
* @return Iterator 返回遍历迭代器
*/
public Iterator createLayerOrderItr() {
return new LevelOrderIterator(root);
}
public static void main(String[] args) {
//创建一棵满二叉树
BinTreeOutOrder treeOrder = new BinTreeOutOrder();
treeOrder.createFullBiTree(15);
Iterator preOrderItr = treeOrder.createPreOrderItr();
System.out.print("深度优先（先根）遍历 - ");
while (preOrderItr.hasNext()) {
System.out.print(((Entry) preOrderItr.next()).elem + " ");
}
System.out.println();
System.out.print("广度优先（层次）遍历 - ");
Iterator layerOrderItr = treeOrder.createLayerOrderItr();
while (layerOrderItr.hasNext()) {
System.out.print(((Entry) layerOrderItr.next()).elem + " ");
}
/*
* output:
* 深度优先（先根）遍历 - 1 2 4 8 9 5 10 11 3 6 12 13 7 14 15
* 广度优先（层次）遍历 - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
*/
}
}
四、可逆二叉树
package tree.bintree;
/**
* 可回溯的二叉树
* 二叉树的非递归遍历
*/
public class BackBinTree {
// Bin=Binary(二进位的, 二元的)
protected Entry root; //根
private int size; //树的节点数
/**
* 树的节点结构
* @author jzj
* @date 2009-12-23
*/
private static class Entry {
int elem; //数据域，这里为了测试，就作为节点编号吧
Entry paraent; //父节点
Entry left; //左节点
Entry right; //右节点
//构造函数只有两个参数，左右节点是调用add方法时设置
public Entry(int elem, Entry parent) {
this.elem = elem;
this.paraent = parent;
}
}
/**
* 查找前序遍历（根左右）直接后继节点
*
* 以非递归 根左右 的方式遍历树
*
* @param e 需要查找哪个节点的直接后继节点
* @return Entry 前序遍历直接后继节点
*/
public Entry preOrderSuccessor(Entry e) {
if (e == null) {
return null;
}else if (e.left != null) {
//如果左子树不为空，则直接后继为左子节点
//先看左子节点是否为空
//如果不为空，则直接后继为左子节点
return e.left;
}else if (e.right != null) {
//否则如果右子树不为空，则直接后继为右子节点
//如果左子节点为空，则看右子节点是否为空
//如果右子节点不为空，则返回
return e.right;
}else {
//左右子节点都为空的情况下
Entry s = e.paraent;
Entry c = e;
/*
* 一直向上，直到c是s的左子树，且s的右子树不为空。请试着找一下36与68节点的
* 直接后继节点，36的应该是75，而68则没有后继节点了
*
* 50
* /\
* 37 75
* / /
* 25 61
* /\ /\
* 15 30 55 68
* /\ \
* 28 32 59
* \
* 36
*/
while (s != null && (c == s.right || s.right == null)) {
c = s;
s = s.paraent;
}
//退出循环时 s 可以为null，比如查找 68 节点的直接后继时退出循环时s=null
if (s == null) {
return null;
} else {
return s.right;
}
}
}
/**
* 查找前序遍历（根左右）直接前驱节点
*
* 以非递归 右左根 的方式遍历树
*
* @param e 需要查找哪个节点的直接前驱节点
* @return Entry 前序遍历直接前驱节点
*/
public Entry preOrderAncestor(Entry e) {
if (e == null) {
return null;
}//如果节点为父节点的左节点，则父节点就是直接前驱节点
else if (e.paraent != null && e == e.paraent.left) {
return e.paraent;
}//如果节点为父节点的右节点
else if (e.paraent != null && e == e.paraent.right) {
Entry s = e.paraent;//前驱节点默认为父节点
if (s.left != null) {//如果父节点没有左子，前驱节点就为父节点
s = s.left;//如果父节点的左子节点不空，则初始为父节点左子节点
/*
* 只要父节点左子节点还有子节点，则前驱节点要从其子树中找。请试着找
* 一下75直接前驱节点，应该是36
*
* 50
* /\
* 37 75
* / /
* 25 61
* /\ /\
* 15 30 55 68
* /\ \
* 28 32 59
* \
* 36
*/
while (s.left != null || s.right != null) {
//在父节点的左子节点的子树中查找时，一定要先向右边拐
if (s.right != null) {
s = s.right;
} else {//如果右边没有，然后才能向左边拐
s = s.left;
}
}
}
return s;
} else {//如果是根节点，则没有直接前驱节点了
return null;
}
}
/**
* 查找后序遍历（左右根）直接后继节点
*
* 以非递归 左右根 的方式遍历树
*
* @param e 需要查找哪个节点的直接后继节点
* @return Entry 后序遍历直接后继节点
*/
public Entry postOrderSuccessor(Entry e) {
if (e == null) {
return null;
}else if (e.paraent != null && e == e.paraent.right) {
//如果节点为父节点的右子节点，则父节点就是直接后继节点
return e.paraent;
}//如果节点为父节点的左子节点
else if (e.paraent != null && e == e.paraent.left) {
Entry s = e.paraent;//后继节点默认为父节点
if (s.right != null) {
//如果父节点没有右子，后继节点就为父节点
//如果父节点的右子节点不空，则初始为父节点右子节点
s = s.right;
/*
* 只要父节点右子节点还有子节点，则后断节点要从其子树中找，
* 如15的后继节点为28
* 50
* /\
* 37 75
* / /
* 25 61
* /\ /\
* 15 30 55 68
* /\ \
* 28 32 59
* \
* 36
*/
while (s.left != null || s.right != null) {
//在父节点的右子节点的子树中查找时，一定要先向左边拐
if (s.left != null) {
s = s.left;
} else {//如果左边没有，然后才能向右边拐
s = s.right;
}
}
}
return s;
} else {
//如果是根节点，则没有后继节点了
return null;
}
}
/**
* 查找后序遍历（左右根）直接前驱节点
*
* 以非递归 根右左 的方式遍历树
*
* @param e 需要查找哪个节点的直接前驱节点
* @return Entry 后序遍历直接前驱节点
*/
public Entry postOrderAncestor(Entry e) {
if (e == null) {
return null;
}else if (e.right != null) {
//如果右子树不为空，则直接前驱为右子节点
//先看右子节点是否为空
//如果不为空，则直接后继为右子节点
return e.right;
} else if (e.left != null) {
//否则如果左子树不为空，则直接前驱为左子节点
return e.left;
} else {
//左右子节点都为空的情况下
Entry s = e.paraent;
Entry c = e;
/*
* 一直向上，直到c是s的右子树，且s的左子树不为空。请试着找一下59与15节点的
* 直接后继节点，59的应该是37，而15则没有后继节点了
*
* 50
* /\
* 37 75
* / /
* 25 61
* /\ /\
* 15 30 55 68
* /\ \
* 28 32 59
* \
* 36
*/
while (s != null && (c == s.left || s.left == null)) {
c = s;
s = s.paraent;
}
if (s == null) {
return null;
} else {
return s.left;
}
}
}
/**
* 查找中序遍历（左根右）直接后继节点
*
* 以非递归 左根右 的方式遍历树
*
* @param e 需要查找哪个节点的直接后继节点
* @return Entry 中序遍历直接后继节点
*/
public Entry inOrderSuccessor(Entry e) {
if (e == null) {
return null;
}else if (e.right != null) {
//如果待找的节点有右子树，则在右子树上查找
//默认后继节点为右子节点（如果右子节点没有左子树时即为该节点）
Entry p = e.right;
while (p.left != null) {
//注，如果右子节点的左子树不为空，则在左子树中查找，且后面找时要一直向左拐
p = p.left;
}
return p;
}else {
//如果待查节点没有右子树，则要在祖宗节点中查找后继节点
//默认后继节点为父节点（如果待查节点为父节点的左子树，则后继为父节点）
Entry p = e.paraent;
//当前节点，如果其父不为后继，则下次指向父节点
Entry current = e;
//如果待查节点为父节点的右节点时，继续向上找，一直要找到current为左子节点，则s才是后继
while (p != null && current == p.right) {
current = p;
p = p.paraent;
}
return p;
}
}
/**
* 查找中序遍历（左根右）直接前驱节点
*
* 以非递归 右根左 的方式遍历树
*
* @param e 需要查找哪个节点的直接前驱节点
* @return Entry 中序遍历直接前驱节点
*/
public Entry inOrderAncestor(Entry e) {
if (e == null) {
return null;
} else if (e.left != null) {
//如果待找的节点有左子树，则在在子树上查找
//默认直接前驱节点为左子节点（如果左子节点没有右子树时即为该节点）
Entry p = e.left;
while (p.right != null) {
//注，如果左子节点的右子树不为空，则在右子树中查找，且后面找时要一直向右拐
p = p.right;
}
return p;
} else {
//如果待查节点没有左子树，则要在祖宗节点中查找前驱节点
//默认前驱节点为父节点（如果待查节点为父节点的右子树，则前驱为父节点）
Entry p = e.paraent;
Entry current = e;//当前节点，如果其父不为前驱，则下次指向父节点
//如果待查节点为父节点的左节点时，继续向上找，一直要找到current为p的右子节点，则s才是前驱
while (p != null && current == p.left) {
current = p;
p = p.paraent;
}
return p;
}
}
/**
* 查找指定的节点
* @param num
* @return Entry
*/
public Entry getEntry(int num) {
return getEntry(root, num);
}
/**
* 使用树的先序遍历递归方式查找指定的节点
*
* @param entry
* @param num
* @return
*/
private Entry getEntry(Entry entry, int num) {
//如果找到，则停止后续搜索，并把查找到的节点返回给上层调用者
if (entry.elem == num) {//1、先与父节点比对
return entry;
}
Entry tmp = null;
if (entry.left != null) {//2、再在左子树上找
tmp = getEntry(entry.left, num);
//如果左子树上找到，返回并停止查找，否则继续在后续节点中找
if (tmp != null) {
//节点在左子树中找到，返回给上层调用者
return tmp;
}
}
if (entry.right != null) {//3、否则在右子树上找
tmp = getEntry(entry.right, num);
//如果右子树上找到，返回并停止查找，否则继续在后续节点中找
if (tmp != null) {
//节点在右子树中找到，返回给上层调用者
return tmp;
}
}
//当前比较节点 entry 子树为空或不为空时没有找到，直接返回给上层调用者null
return null;
}
/**
* 根据给定的数组创建一棵树，这个棵树可以是完全二叉树也可是普通二叉树
* 数组中为0的表示不创建该位置上的节点
* @param nums 数组中指定了要创建的节点的编号，如果为0，表示不创建
*/
public void createBinTree(int[] nums) {
root = recurCreateBinTree(nums, null, 0);
}
/**
* 递归创建二叉树
* @param nums 数组中指定了要创建的节点的编号，如果为0，表示不创建
* @param paraent 父节点
* @param index 需要使用数组中的哪个元素创建节点，如果为元素为0，则不创建
* @return Entry 返回创建的节点，最终会返回树的根节点
*/
private Entry recurCreateBinTree(int[] nums, Entry pararent, int index) {
//指定索引上的编号不为零上才需创建节点
if (nums[index] != 0) {
size++;
Entry root = new Entry(nums[index], pararent);//根节点
//如果有左子树则创建左子树
if ((index + 1) * 2 <= nums.length) {
root.left = (Entry) recurCreateBinTree(nums, root, (index + 1) * 2 - 1);
//如果还可以创建右子树，则创建
if ((index + 1) * 2 + 1 <= nums.length) {
root.right = (Entry) recurCreateBinTree(nums, root, (index + 1) * 2);
}
}
return (Entry) root;
}
return null;
}
public int size() {
return size;
}
//测试
public static void main(String[] args) {
//创建一棵非完全二叉树
BackBinTree binTree = new BackBinTree();
/*
* 50
* /\
* 37 75
* / /
* 25 61
* /\ /\
* 15 30 55 68
* /\ \
* 28 32 59
* \
* 36
*/
int[] nums = new int[] { 50, 37, 75, 25, 0, 61, 0, 15, 30, 0, 0, 55, 68, 0, 0, 0,
0, 28, 32, 0, 0, 0, 0, 0, 59, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 36 };
binTree.createBinTree(nums);
Entry entry = binTree.getEntry(50);
System.out.print("根左右（先序遍历）- ");
while (entry != null) {
System.out.print(entry.elem + " ");
entry = binTree.preOrderSuccessor(entry);
}
System.out.println();
entry = binTree.getEntry(68);
System.out.print("右左根（先序的逆）- ");
while (entry != null) {
System.out.print(entry.elem + " ");
entry = binTree.preOrderAncestor(entry);
}
System.out.println();
entry = binTree.getEntry(15);
System.out.print("左右根（后序遍历）- ");
while (entry != null) {
System.out.print(entry.elem + " ");
entry = binTree.postOrderSuccessor(entry);
}
System.out.println();
entry = binTree.getEntry(50);
System.out.print("根右左（后序的逆）- ");
while (entry != null) {
System.out.print(entry.elem + " ");
entry = binTree.postOrderAncestor(entry);
}
System.out.println();
entry = binTree.getEntry(15);
System.out.print("左根右（中序遍历）- ");
while (entry != null) {
System.out.print(entry.elem + " ");
entry = binTree.inOrderSuccessor(entry);
}
System.out.println();
entry = binTree.getEntry(75);
System.out.print("右根左（中序的逆）- ");
while (entry != null) {
System.out.print(entry.elem + " ");
entry = binTree.inOrderAncestor(entry);
}
System.out.println();
/*
* output:
* 根左右（先序遍历）- 50 37 25 15 30 28 32 36 75 61 55 59 68
* 右左根（先序的逆）- 68 59 55 61 75 36 32 28 30 15 25 37 50
* 左右根（后序遍历）- 15 28 36 32 30 25 37 59 55 68 61 75 50
* 根右左（后序的逆）- 50 75 61 68 55 59 37 25 30 32 36 28 15
* 左根右（中序遍历）- 15 25 28 30 32 36 37 50 55 59 61 68 75
* 右根左（中序的逆）- 75 68 61 59 55 50 37 36 32 30 28 25 15
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}
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