二叉数

来源：互联网发布：苏州java工资编辑：程序博客网时间：2024/06/05 11:58
/**  * @author shuqin1984  2011-3-13  *   * 此程序实现一个二叉查找树的功能，可以进行动态插入、删除关键字；  * 查询给定关键字、最小关键字、最大关键字；转换为有序列表(用于排序)  *   *   */  package datastructure.tree;  import java.util.ArrayList;  import java.util.List;    public class BinarySearchTree {            // 树的根结点      private TreeNode root = null;            // 遍历结点列表      private List<TreeNode> nodelist = new ArrayList<TreeNode>();            private class TreeNode {                    private int key;          private TreeNode leftChild;          private TreeNode rightChild;          private TreeNode parent;                    public TreeNode(int key, TreeNode leftChild, TreeNode rightChild, TreeNode parent) {              this.key = key;              this.leftChild = leftChild;              this.rightChild = rightChild;              this.parent = parent;          }             public int getKey() {              return key;          }          public String toString()          {              String leftkey = (leftChild == null ? "" : String.valueOf(leftChild.key));                String rightkey = (rightChild == null ? "" : String.valueOf(rightChild.key));               return "(" + leftkey + " , " + key + " , " + rightkey + ")";          }                }            /**      * isEmpty: 判断二叉查找树是否为空；若为空，返回 true ，否则返回 false .       *       */      public boolean isEmpty()      {          if (root == null) {              return true;          } else {              return false;          }                 }            /**      * TreeEmpty: 对于某些二叉查找树操作(比如删除关键字)来说，若树为空，则抛出异常。      */      public void TreeEmpty() throws Exception       {          if (isEmpty()) {              throw new Exception("树为空!");          }      }            /**      * search: 在二叉查找树中查询给定关键字       * @param key 给定关键字      * @return 匹配给定关键字的树结点      */      public TreeNode search(int key)       {          TreeNode pNode = root;          while (pNode != null && pNode.key != key) {              if (key < pNode.key) {                  pNode = pNode.leftChild;              }              else {                  pNode = pNode.rightChild;              }          }          return pNode;      }            /**      * minElemNode: 获取二叉查找树中的最小关键字结点      * @return 二叉查找树的最小关键字结点      * @throws Exception 若树为空，则抛出异常      */      public TreeNode minElemNode(TreeNode node) throws Exception      {          if (node == null) {              throw new Exception("树为空！");          }          TreeNode pNode = node;          while (pNode.leftChild != null) {              pNode = pNode.leftChild;          }          return pNode;      }            /**      * maxElemNode: 获取二叉查找树中的最大关键字结点      * @return 二叉查找树的最大关键字结点      * @throws Exception 若树为空，则抛出异常      */      public TreeNode maxElemNode(TreeNode node) throws Exception       {          if (node == null) {              throw new Exception("树为空！");          }          TreeNode pNode = node;          while (pNode.rightChild != null) {              pNode = pNode.rightChild;          }          return pNode;      }            /**      * successor: 获取给定结点在中序遍历顺序下的后继结点      * @param node 给定树中的结点      * @return 若该结点存在中序遍历顺序下的后继结点，则返回其后继结点；否则返回 null      * @throws Exception       */      public TreeNode successor(TreeNode node) throws Exception      {          if (node == null) {              return null;          }                    // 若该结点的右子树不为空，则其后继结点就是右子树中的最小关键字结点          if (node.rightChild != null) {               return minElemNode(node.rightChild);          }          // 若该结点右子树为空          TreeNode parentNode = node.parent;          while (parentNode != null && node == parentNode.rightChild) {              node = parentNode;              parentNode = parentNode.parent;          }          return parentNode;      }                  /**      * precessor: 获取给定结点在中序遍历顺序下的前趋结点      * @param node 给定树中的结点      * @return 若该结点存在中序遍历顺序下的前趋结点，则返回其前趋结点；否则返回 null      * @throws Exception       */      public TreeNode precessor(TreeNode node) throws Exception      {          if (node == null) {              return null;          }                    // 若该结点的左子树不为空，则其前趋结点就是左子树中的最大关键字结点          if (node.leftChild != null) {               return maxElemNode(node.leftChild);          }          // 若该结点左子树为空          TreeNode parentNode = node.parent;          while (parentNode != null && node == parentNode.leftChild) {              node = parentNode;              parentNode = parentNode.parent;          }          return parentNode;      }                  /**      * insert: 将给定关键字插入到二叉查找树中      * @param key 给定关键字      */      public void insert(int key)      {          TreeNode parentNode = null;          TreeNode newNode = new TreeNode(key, null, null,null);          TreeNode pNode = root;          if (root == null) {              root = newNode;              return ;          }          while (pNode != null) {              parentNode = pNode;              if (key < pNode.key) {                     pNode = pNode.leftChild;              }              else if (key > pNode.key) {                  pNode = pNode.rightChild;              } else {                  // 树中已存在匹配给定关键字的结点，则什么都不做直接返回                                    return ;              }          }          if (key < parentNode.key) {              parentNode.leftChild = newNode;              newNode.parent = parentNode;          }          else {              parentNode.rightChild = newNode;              newNode.parent = parentNode;          }                       }            /**      * insert: 从二叉查找树中删除匹配给定关键字相应的树结点      * @param key 给定关键字      */      public void delete(int key) throws Exception      {          TreeNode pNode = search(key);          if (pNode == null) {              throw new Exception("树中不存在要删除的关键字!");          }          delete(pNode);      }            /**      * delete: 从二叉查找树中删除给定的结点.      * @param pNode 要删除的结点      *       * 前置条件： 给定结点在二叉查找树中已经存在      * @throws Exception       */      private void delete(TreeNode pNode) throws Exception       {            if (pNode == null) {                return ;            }            if (pNode.leftChild == null && pNode.rightChild == null) { // 该结点既无左孩子结点，也无右孩子结点                TreeNode parentNode = pNode.parent;                if (pNode == parentNode.leftChild) {                    parentNode.leftChild = null;                } else {                    parentNode.rightChild = null;                }                return ;            }            if (pNode.leftChild == null && pNode.rightChild != null) { // 该结点左孩子结点为空，右孩子结点非空                TreeNode parentNode = pNode.parent;                if (pNode == parentNode.leftChild) {                    parentNode.leftChild = pNode.rightChild;                    pNode.rightChild.parent = parentNode;                }                else {                    parentNode.rightChild = pNode.rightChild;                    pNode.rightChild.parent = parentNode;                }                return ;            }            if (pNode.leftChild != null && pNode.rightChild == null) { // 该结点左孩子结点非空，右孩子结点为空                TreeNode parentNode = pNode.parent;                if (pNode == parentNode.leftChild) {                    parentNode.leftChild = pNode.leftChild;                    pNode.rightChild.parent = parentNode;                }                else {                    parentNode.rightChild = pNode.leftChild;                    pNode.rightChild.parent = parentNode;                }                return ;            }            // 该结点左右孩子结点均非空，则删除该结点的后继结点，并用该后继结点取代该结点            TreeNode successorNode = successor(pNode);            delete(successorNode);            pNode.key = successorNode.key;      }            /**      * inOrderTraverseList: 获得二叉查找树的中序遍历结点列表      * @return 二叉查找树的中序遍历结点列表      */      public List<TreeNode> inOrderTraverseList()      {          if (nodelist != null) {             nodelist.clear();          }          inOrderTraverse(root);          return nodelist;      }            /**      * inOrderTraverse: 对给定二叉查找树进行中序遍历      * @param root 给定二叉查找树的根结点      */      private void inOrderTraverse(TreeNode root)      {          if (root != null) {              inOrderTraverse(root.leftChild);              nodelist.add(root);              inOrderTraverse(root.rightChild);          }      }            /**      * toStringOfOrderList: 获取二叉查找树中关键字的有序列表      * @return 二叉查找树中关键字的有序列表      */      public String toStringOfOrderList()      {          StringBuilder sbBuilder = new StringBuilder(" [ ");          for (TreeNode p: inOrderTraverseList()) {              sbBuilder.append(p.key);              sbBuilder.append(" ");          }          sbBuilder.append("]");          return sbBuilder.toString();      }            /**      * 获取该二叉查找树的字符串表示      */      public String toString()      {          StringBuilder sbBuilder = new StringBuilder(" [ ");          for (TreeNode p: inOrderTraverseList()) {              sbBuilder.append(p);              sbBuilder.append(" ");          }          sbBuilder.append("]");          return sbBuilder.toString();      }      public TreeNode getRoot() {          return root;      }            public static void testNode(BinarySearchTree bst, TreeNode pNode) throws Exception {          System.out.println("本结点: " + pNode);          System.out.println("前趋结点: " + bst.precessor(pNode));          System.out.println("后继结点: " + bst.successor(pNode));      }            public static void testTraverse(BinarySearchTree bst) {          System.out.println("二叉树遍历：" + bst);          System.out.println("二叉查找树转换为有序列表: " + bst.toStringOfOrderList());      }            public static void main(String[] args)       {          try {              BinarySearchTree bst = new BinarySearchTree();              System.out.println("查找树是否为空？ " + (bst.isEmpty() ? "是" : "否"));              int[] keys = new int[] {15, 6, 18, 3, 7, 13, 20, 2, 9, 4};              for (int key: keys) {                  bst.insert(key);              }              System.out.println("查找树是否为空？ " + (bst.isEmpty() ? "是" : "否"));                            TreeNode minkeyNode = bst.minElemNode(bst.getRoot());              System.out.println("最小关键字： " + minkeyNode.getKey());              testNode(bst, minkeyNode);                            TreeNode maxKeyNode = bst.maxElemNode(bst.getRoot());              System.out.println("最大关键字： " + maxKeyNode.getKey());              testNode(bst, maxKeyNode);                            System.out.println("根结点关键字： " + bst.getRoot().getKey());              testNode(bst, bst.getRoot());              testTraverse(bst);                            System.out.println("****************************** ");                            System.out.println("查找 7 : " + (bst.search(7) != null ? "查找成功!" : "查找失败，不存在该关键字!"));              bst.delete(7);              System.out.println("查找 7 : " + (bst.search(7) != null ? "查找成功!" : "查找失败，不存在该关键字!"));              System.out.println("查找 12 : " + (bst.search(12) != null ? "查找成功!" : "查找失败，不存在该关键字!"));              bst.insert(12);              System.out.println("查找 12 : " + (bst.search(12) != null ? "查找成功!" : "查找失败，不存在该关键字!"));                            testTraverse(bst);                            System.out.println("****************************** ");                            bst.insert(16);              bst.delete(6);              bst.delete(4);                            testTraverse(bst);                        } catch (Exception e) {              System.out.println(e.getMessage());              e.printStackTrace();          }      }              }
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