自主创建二叉搜索树（一），插入、创建、查询、最大最小关键字、前驱、后继

时间 2019-12-10

标签自主创建搜索插入查询最大最小关键字前驱后继繁體版

原文原文链接

假设咱们如今有一个数据集，且这个数据集是顺序存储的有序线性表，那么查找能够运用折半、插值、斐波那契二等查找算法来实现，可是由于有序，在插入和删除操做上，就须要耗费大量的时间（需进行元素的移位），可否有一种既可使得插入和删除效率不错，又可高效查找的数据结构和算法呢？spa

首先解决一个问题，如何使插入时不移动元素，咱们能够想到链表，可是要保证其有序的话，首先得遍历链表寻找合适的位置，那么又如何高效的查找合适的位置呢，可否能够像二分同样，经过一次比较排除一部分元素。那么咱们能够用二叉树的形式，以数据集第一个元素为根节点，以后将比根节点小的元素放在左子树中，将比根节点大的元素放在左子树中，在左右子树中一样采起此规则。code

例子：将{63,55,90,42,58,70,10,45,67,83}造成二叉树blog

那么在查找x时，若x比根节点小能够排除右子树全部元素，去左子树中查找（相似二分查找），这样查找的效率很是好，并且插入的时间复杂度为O（h），h为树的高度，较O（n）来讲效率提升很多。排序

故二叉搜索树用做一些查找和插入使用比较高的场景。

3.二叉搜索树的创建、查询、最大最小关键字，前驱、后继

先来一个二叉搜索树的结点结构

class BiNode{
        public BiNode left;
        public BiNode right;
        public BiNode parent;
        public int data;
        public BiNode(BiNode left, BiNode right, BiNode parent, int data){
            this.left = left;
            this.right = right;
            this.parent = parent;
            this.data = data;
        }
    }

在由来之中已经提到，二叉搜索树的创建，是经过一个一个的结点的插入来创建，每一个结点有四个域，左右孩子、双亲、数据。

插入算法：将要插入的结点x，与根节点进行比较，若小于则去到左子树进行比较，若大于则去到右子树进行比较，重复以上操做直到找到一个空位置用于放置该新节点

其中root为该树的根节点。

public void insert(BiNode x){
        BiNode y = null;
        BiNode temp = root;
        while(temp != null){
            y = temp;
            if(x.data < temp.data){
                temp = temp.left;
            }else{
                temp = temp.right;
            }
        }
        x.parent = y;
        //若该树为空树可直接将x放置在根节点上
        if(null == y){
            root = x;
        }else if(x.data<y.data){//找到空位置后，进行插入
            y.left = x;
        }else{
            y.right = x;
        }
    }

创建：可想而知，简单的方法就是遍历数组，将每个元素插入到二叉搜索树中便完成了创建操做

public BiSortTree(int[] arr,int n){
        for(int i=0;i<n;i++){
            BiNode node = new BiNode(null, null ,null, arr[i]);
            insert(node);
        }
    }

查询：根据二叉搜索树的性质，将需查找的x与根节点进行比较，若小于则在左子树中继续查询，若大于则在右子树中继续查询，直到查到元素或元素为空

递归查找：

/**
     * 查找结点，经过递归
     * @param x
     * @return
     */
    public BiNode queryByRec(BiNode root, int x){
        if (x == root.data || null == root){
            return root;
        } else if(x < root.data) {
            return queryByRec(root.left, x);
        } else {
            return queryByRec(root.right, x);
        }
    }

非递归查找（能不用递归则不用递归，递归会隐式的建立栈，从而浪费内存空间）：

/**
     * 查找结点，非递归，须要传入查找根节点
     * @param x
     * @return
     */
    public BiNode query(BiNode root, int x){
        while(null != root && root.data != x){
            if(x < root.data){
                root = root.left;
            }else{
                root = root.right;
            }
        }
        return root;
    }

最大最小关键字：这个树中的最大的元素，根据二叉搜索树性质，最大关键字为该树的最右元素，最小关键字为该树的最左元素，故直接将这两个元素搜索出来便可（经过传入根节点可实现查找子树的最大最小关键字元素）

/**
     * 查找最小关键字元素，即最左结点，须要传入查找根节点
     * @return
     */
    public BiNode minNode(BiNode x){
        while(x.left!=null){
            x=x.left;
        }
        return x;
    }
    
    /**
     * 查找最大关键字元素，即最右结点，须要传入查找根节点
     * @return
     */
    public BiNode maxNode(BiNode x){
        while(x.right!=null){
            x=x.right;
        }
        return x;
    }

查找后继结点：若是咱们须要找到如下二叉搜索树的后继，根据须要考虑两种状况

1.若是该节点有右子树，那么它右子树的最小关键字元素即是其后继

2.若是该节点无右子树，因为后继为大于该元素的元素，那么这个结点必在其后继的左子树上，又因为后继为大于该元素的最小元素那么这个后继必然是该节点第一个拥有左孩子的的祖先，综合一下：这个结点的后继为这个结点第一个有左孩子的祖先，且这个左孩子也是这个结点的祖先。

/**
     * 查找指定数字的后继
     * @return
     */
    public BiNode queryFollow(int x){
        //首先查找指定结点是否存在
        BiNode node = query(root, x);
        //不存在返回null
        if(null == node){
            return null;
        }
        //若该节点有右子树，则其后继为其右子树的最左结点
        //若该节点无右子树，则其后继为其第一个拥有左孩子的祖先,且这个左孩子也是该结点的祖先
        BiNode p = null;
        if(node.right!=null){
            return minNode(node.right);
        }else{
            p = node.parent;
            while(null != p && node == p.right){
                node = p;
                p=p.parent;
            }
            return p;
        }
    }

前驱与后继是相互对应的，不妨本身思考一下，代码以下：

public BiNode queryPre(int x){
        BiNode node = query(root, x);
        BiNode p = null;
        if(null == node){
            return null;
        }
        if(node.left!=null){
            return maxNode(node.left);
        }else{
            p = node.parent;
            while(p!=null&&node==p.left){
                node=p;
                p=p.parent;
            }
            return p;
        }
    }

自主创建二叉搜索树（一），插入、创建、查询、最大最小关键字、前驱、后继

目录：

1.什么是二叉搜索树

2.二叉搜索树的由来与做用

3.二叉搜索树的创建