第10周项目1（2）-二叉树构造算法的验证

来源：互联网发布：android 数据缓存框架编辑：程序博客网时间：2024/06/05 20:09

1.由先序序列和中序序列构造二叉树

定理：任何n（n≥0）个不同节点的二叉树，都可由它的中序序列和先序序列唯一地确定。
证明（数学归纳法）基础：当n=0时，二叉树为空，结论正确。
假设：设节点数小于n的任何二叉树，都可以由其先序序列和中序序列唯一地确定。
归纳：已知某棵二叉树具有n（n＞0）个不同节点，其先序序列是a0a1…an−1；中序序列是b0b1…bk−1bkbk+1…bn−1。
先序遍历“根-左-右”，a0必定是二叉树的根节点
a0必然在中序序列中出现，设在中序序列中必有某个bk（0≤k≤n−1）就是根节点a0。
由于bk是根节点，中序遍历“左-根-右”，故中序序列中b0b1…bk−1必是根节点bk(a0)左子树的中序序列，即bk的左子树有k个节点，bk+1…bn−1必是根节点bk（a0）右子树的中序序列，即bk的右子树有n−k−1个节点。
对应先序序列，紧跟在根节点a0之后的k个节点a1…ak是左子树的先序序列，ak+1…an−1这n−k−1就是右子树的先序序列。
根据归纳假设，子先序序列a1…ak和子中序序列b0b1…bk−1可以唯一地确定根节点a0的左子树，而先序序列ak+1…an−1和子中序序列bk+1…bn−1可以唯一地确定根节点a0的右子树。
以该图片中的二叉树为例

代码部分
btree.h

#ifndef BTREE_H_INCLUDED#define BTREE_H_INCLUDED#define MaxSize 100typedef char ElemType;typedef struct node{    ElemType data;              //数据元素    struct node *lchild;        //指向左孩子    struct node *rchild;        //指向右孩子} BTNode;void CreateBTNode(BTNode *&b,char *str);        //由str串创建二叉链BTNode *FindNode(BTNode *b,ElemType x);     //返回data域为x的节点指针BTNode *LchildNode(BTNode *p);  //返回*p节点的左孩子节点指针BTNode *RchildNode(BTNode *p);  //返回*p节点的右孩子节点指针int BTNodeDepth(BTNode *b); //求二叉树b的深度void DispBTNode(BTNode *b); //以括号表示法输出二叉树void DestroyBTNode(BTNode *&b);  //销毁二叉树#endif // BTREE_H_INCLUDED

btree.cpp

#include <stdio.h>#include <malloc.h>#include "btree.h"void CreateBTNode(BTNode *&b,char *str)     //由str串创建二叉链{    BTNode *St[MaxSize],*p=NULL;    int top=-1,k,j=0;    char ch;    b=NULL;             //建立的二叉树初始时为空    ch=str[j];    while (ch!='\0')    //str未扫描完时循环    {        switch(ch)        {        case '(':            top++;            St[top]=p;            k=1;            break;      //为左节点        case ')':            top--;            break;        case ',':            k=2;            break;                          //为右节点        default:            p=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));            p->data=ch;            p->lchild=p->rchild=NULL;            if (b==NULL)                    //p指向二叉树的根节点                b=p;            else                            //已建立二叉树根节点            {                switch(k)                {                case 1:                    St[top]->lchild=p;                    break;                case 2:                    St[top]->rchild=p;                    break;                }            }        }        j++;        ch=str[j];    }}BTNode *FindNode(BTNode *b,ElemType x)  //返回data域为x的节点指针{    BTNode *p;    if (b==NULL)        return NULL;    else if (b->data==x)        return b;    else    {        p=FindNode(b->lchild,x);        if (p!=NULL)            return p;        else            return FindNode(b->rchild,x);    }}BTNode *LchildNode(BTNode *p)   //返回*p节点的左孩子节点指针{    return p->lchild;}BTNode *RchildNode(BTNode *p)   //返回*p节点的右孩子节点指针{    return p->rchild;}int BTNodeDepth(BTNode *b)  //求二叉树b的深度{    int lchilddep,rchilddep;    if (b==NULL)        return(0);                          //空树的高度为0    else    {        lchilddep=BTNodeDepth(b->lchild);   //求左子树的高度为lchilddep        rchilddep=BTNodeDepth(b->rchild);   //求右子树的高度为rchilddep        return (lchilddep>rchilddep)? (lchilddep+1):(rchilddep+1);    }}void DispBTNode(BTNode *b)  //以括号表示法输出二叉树{    if (b!=NULL)    {        printf("%c",b->data);        if (b->lchild!=NULL || b->rchild!=NULL)        {            printf("(");            DispBTNode(b->lchild);            if (b->rchild!=NULL) printf(",");            DispBTNode(b->rchild);            printf(")");        }    }}void DestroyBTNode(BTNode *&b)   //销毁二叉树{    if (b!=NULL)    {        DestroyBTNode(b->lchild);        DestroyBTNode(b->rchild);        free(b);    }}

main.cpp

#include <stdio.h>#include <malloc.h>#include "btree.h"BTNode *CreateBT1(char *pre,char *in,int n)/*pre存放先序序列,in存放中序序列,n为二叉树结点个数,本算法执行后返回构造的二叉链的根结点指针*/{    BTNode *s;    char *p;    int k;    if (n<=0) return NULL;    s=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));     //创建二叉树结点*s    s->data=*pre;    for (p=in; p<in+n; p++)                 //在中序序列中找等于*ppos的位置k        if (*p==*pre)                       //pre指向根结点            break;                          //在in中找到后退出循环    k=p-in;                                 //确定根结点在in中的位置    s->lchild=CreateBT1(pre+1,in,k);        //递归构造左子树    s->rchild=CreateBT1(pre+k+1,p+1,n-k-1); //递归构造右子树    return s;}int main(){    ElemType pre[]="ABDGCEF",in[]="DGBAECF";    BTNode *b1;    b1=CreateBT1(pre,in,7);    printf("b1:");    DispBTNode(b1);    printf("\n");    return 0;}

程序运行结果演示：
这里写图片描述
2.由后序序列和中序序列构造二叉树

定理：任何n（n＞0）个不同节点的二叉树，都可由它的中序序列和后序序列唯一地确定。
因为在后序遍历过程中先遍历左子树，再遍历右子树，最后访问根结点，所以an-1必定是二叉树的根结点，而an-1必然在中序序列中出现。也就是说，在中序序列中必有某个bk(0<=k<=n-1)就是根结点an-1。
main.cpp

#include <stdio.h>#include <malloc.h>#include "btree.h"BTNode *CreateBT2(char *post,char *in,int n)/*post存放后序序列,in存放中序序列,n为二叉树结点个数,本算法执行后返回构造的二叉链的根结点指针*/{    BTNode *s;    char r,*p;    int k;    if (n<=0) return NULL;    r=*(post+n-1);                          //根结点值    s=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode));     //创建二叉树结点*s    s->data=r;    for (p=in; p<in+n; p++)                 //在in中查找根结点        if (*p==r)            break;    k=p-in;                                 //k为根结点在in中的下标    s->lchild=CreateBT2(post,in,k);         //递归构造左子树    s->rchild=CreateBT2(post+k,p+1,n-k-1);  //递归构造右子树    return s;}int main(){    ElemType in[]="DGBAECF",post[]="GDBEFCA";    BTNode *b2;    b2=CreateBT2(post,in,7);    printf("b2:");    DispBTNode(b2);    printf("\n");    return 0;}

程序运行结果演示：
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3.由顺序存储结构转为二叉链存储结构
这里写图片描述
main.cpp

#include <stdio.h>#include <malloc.h>#include "btree.h"#define N 30typedef ElemType SqBTree[N];BTNode *trans(SqBTree a,int i){    BTNode *b;    if (i>N)        return(NULL);    if (a[i]=='#')        return(NULL);           //当节点不存在时返回NULL    b=(BTNode *)malloc(sizeof(BTNode)); //创建根节点    b->data=a[i];    b->lchild=trans(a,2*i);                 //递归创建左子树    b->rchild=trans(a,2*i+1);               //递归创建右子树    return(b);                              //返回根节点}int main(){    BTNode *b;    ElemType s[]="0ABCD#EF#G####################";    b=trans(s,1);    printf("b:");    DispBTNode(b);    printf("\n");    return 0;}

程序运行结果演示：
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