python 数据结构之二叉搜索树
来源:互联网 发布:淘宝oppo手机 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 23:34
二叉搜索树定义
一颗二叉搜索树是以二叉树来组织的,每个节点除了 Key 还包括 左孩子, 右孩子, 父节点 等信息. BST满足限制条件: 对于任意节点的X,他的 左子树中关键字最大值<=X.key , 右子树关键字最小值>=X.key 这个关系表示如下
根据上图定义,一个二叉搜索树的例子是
二叉树操作
- 查询
- 插入
- 删除
查询(搜索)
二叉树搜索采用递归的方式来进行查询,根据二叉搜索树的定义: 左子树存储小值, 右子树存储大值,一个完整的二叉搜索示意图如下
可以写成 伪代码
TREE-SEARCH(x, k) if x == NULL or k == x.key return x if k < x.key return TREE-SEARCH(x.left) if k > x.key return TREE-SEARCH(x.right)
转换成python代码
def _get(self, key, node): if node is None: return None if key < node.key: return self._get(key, node.left) elif key > node.key: return self._get(key, node.right) else: return node.valdef get(self, key): """ Return the value paired with 'key' Worst Case Complexity: O(N) Balanced Tree Complexity: O(lg N) """ return self._get(key, self.root)
插入
插入和删除比查询呢稍微复杂一些,因为该操作会引起二叉搜索树的大小变化,会改变动态集合的结构.插入呢又比删除稍微容易实现.插入分为两部
- 查询插入节点
- 改变目标节点附近的数据结构
插入过程示意图如下
相应的伪代码如下, 输入节点 z , z.key = v, z.left = NULL, z.right = NULL.
TREE-INSERT(T, x) y = NULL x = T.root # 从根节点开始 while x != NULL y = x # 保存上一节点 if z.key < x.key # 往左 x = x.left else # 往右 x = x.right z.p = y # 父节点 if y == NULL # tree T 为空 T.root = z else if z.key < y.key y.left = z else y.right = z
程序的运行复杂度取决于二叉树的形状
插入的运行时间取决于二叉搜索树的高度h,程序的运行时间O(h) ,所以二叉树形状的好坏直接影响算法的运行时间.
python代码实现为
def _put(self, key, val, node): # If we hit the end of a branch, create a new node if node is None: return Node(key, val) # Follow left branch if key < node.key: node.left = self._put(key, val, node.left) # Follow right branch elif key > node.key: node.right = self._put(key, val, node.right) # Overwrite value else: node.val = val node.size_of_subtree = self._size(node.left) + self._size(node.right)+1 return nodedef put(self, key, val): """ Add a new key-value pair. Worst Case Complexity: O(N) Balanced Tree Complexity: O(lg N) """ self.root = self._put(key, val, self.root)
删除
删除总共分为三种情况:
- 如果删除节点x没有孩子,直接删除即可;
- 如果删除节点x有1个孩子,用孩子替换该节点位置;
如果删除节点x有2个孩子, 这个情况有些复杂.关键是要找到节点 x的继承者 . 节点z的继承者在节点z的右子树中有最小的关键值.这种情况下的操作分为下面步骤:
- 输入待删除的节点x 和 二叉搜索树T.
- 在节点x的右子树开始搜索:往右再往左找到最小值节点H;
- H右孩子为H的父节点, H的左孩子为X的左孩子;
示意图如下,应该一目了然:
根据上面的描述,删除的伪代码可以分为两部分:
为了移动子树, 用一棵子树替换一棵子树,并成为双亲的孩子节点.
TRANSPLANT(T, u, v)if u.p == NULLT.root = velse if u = u.p.leftu.p.left = velse u.p.right = vif v!= NULLv.p = u.p
根据第一步完成二叉搜索树的删除过程:
TREE-DELETE(T, z)if z.left = NULLTRANSPLANT(T, z, z.right)else if (z.right == NULL)TRANSPLANT(T, z, z.left)elsey = TREE-MINIMUM(z.right)if y.p != zTRANSPLANT(T, y, y.right)y.right = z.righty.right.p = yTRANSPLANT(T, z, y)y.left = z.lefty.left.p = y
用python 实现如下:
def _delete(self, key, node):if node is None: return Noneif key < node.key: node.left = self._delete(key, node.left)elif key > node.key: node.right = self._delete(key, node.right)else: if node.right is None: return node.left elif node.left is None: return node.right else: old_node = node node = self._ceiling_node(key, node.right) node.right = self._delete_min(old_node.right) node.left = old_node.leftnode.size_of_subtree = self._size(node.left) + self._size(node.right)+1return nodedef _delete_min(self, node):if node.left is None: return node.rightnode.left = self._delete_min(node.left)node.size_of_subtree = self._size(node.left) + self._size(node.right)+1return nodedef _ceiling_node(self, key, node):"""Returns the node with the smallest key that is greater than or equal tothe given value 'key'"""if node is None: return Noneif key < node.key: # Ceiling is either in left subtree or is this node attempt_in_left = self._ceiling_node(key, node.left) if attempt_in_left is None: return node else: return attempt_in_leftelif key > node.key: # Ceiling must be in right subtree return self._ceiling_node(key, node.right)else: # Keys are equal so ceiling is node with this key return node
参考文献
- <<算法导论第三版>>
- http://algs4.cs.princeton.edu/32bst/
阅读全文
1 0
- python 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树
- Python数据结构之二叉树
- java数据结构之二叉搜索树
- 数据结构之二叉搜索树(BinarySearchTree)
- Java数据结构之二叉搜索树
- 数据结构二叉搜索树
- 数据结构-----二叉搜索树
- 数据结构:二叉搜索树
- 数据结构 ---- 二叉搜索树
- 数据结构-二叉搜索树
- 【数据结构】二叉搜索树
- 解决:ORA-01034: ORACLE not available ORA-27101
- [区间DP 22 Halloween Costumes LightOJ
- ubuntu mysql 安装迁移
- 高精度之高精度加减法
- USACO-Section1.4 Arithmetic Progressions[其他][暴力枚举]
- python 数据结构之二叉搜索树
- USACO-Section1.2 Dual Palindromes
- Git 命令
- 回调机制和模版方法
- java字节码执行
- 链接、装载与库——静态链接
- 最长公共子序列Lcs 51Nod
- 05-树8 File Transfer (25分)
- VR实训项目场景搭建阶段性报告