目录
一、树(Tree)的基本概念
- 节点最多为两个的树叫做
二叉树
, 节点多余两个的树叫做多叉树。
- 生活中的树形结构
1、节点
- 节点:
1
、2
、3
、4
、5
、6
、21
、22
、31
、51
、52
、61
、221
、222
、223
- 根节点:
1
- 父节点:
1
是2
、3
、4
、5
、6
的父节点,2
是21
、22
的父节点,以此类推。 - 子节点:与父节点相反,2、3、4、5、6是1的子节点,21、22是2的子节点,以此类推。
- 兄弟节点:同一个父节点下的子节点互为兄弟节点,例如上图中的
21
和22
是兄弟节点,但是22
和31
虽然都在同一层,而父节点不同,所以不是兄弟节点。 - 空树:一棵树没有任何节点,包括没有根节点。
- 一棵树可以只有一个节点,也就是根节点。
2、子树
- 子树:一棵树可以有很多节点,而其中除了整体是一颗树外,其中的子节点也可以单独看成一棵树,例如
2
、21
、22
、221
、222
、223
就是一颗子树。 - 左子树:左侧的子节点称为
左子树
,例如21是2的左子树。 - 右子树:右侧的子节点称为
右子树
,例如22是2的右子树。
3、度
- 节点的度:
子树的个数
,即子节点的个数,就是节点的度,例如根节点1
有5
个子节点,所以根节点1
的度是5
。 - 树的度:所有节点度的
最大值
,上图中节点度最大的是根节点
, 所以这棵树的度是5
。 - 叶子节点:度为
0
的节点,即没有子节点的节点。 - 非叶子节点:度
不为0
的节点,即有子节点的节点。
4、深度&高度
-
层数:根节点第一层,根节点的子节点在第`2``层,以此类推(有些教程是从第0层开始计算)。
-
节点的深度:从根节点到当前节点的唯一路径上的节点总数。
- 节点2
的深度:1->2,经历2个节点,所以深度为
2`。 - 节点
223
的深度:1->2->22->223,经历4个节点,所以深度是4
。
- 节点2
-
节点的高度:从
当前节点到最远叶子节点
的路径上的节点总数。- 节点2的高度:2->22->221,经历
3
个节点,所以深度是3
- 节点223的深度: 223,只有一个节点,所以深度是
1
。
- 节点2的高度:2->22->221,经历
-
树的深度:所有节点
深度
的最大值
。- 1->2->22->221,所以树的深度是
4
。
- 1->2->22->221,所以树的深度是
-
树的高度:所有节点
高度
的最大值
。- 1->2->22->221,所以树的高度是4。
5、树的分类
- 有序树:树种任意节点的子节点之间有顺序关系,即两个树所有的值都一样,但是其中的子节点顺序不一样,就是两颗不同的
有序树
。 - 无序树:树中任意节点的子节点之间没有顺序关系,也称为
自由树
。 - 森林:由m(m >= 0)颗互不相交的
树组成的集合
。
二、二叉树
1、二叉树的性质
-
每个节点的
度
最大为2
,即最多拥有2颗子树
。 -
左子树和右子树是有顺序的,比如所有节点左子树小于右子树。
-
即使某节点只有一颗子树,也要区分左右子树
-
非空二叉树的第
i
层,最多有2^(i-1)
个节点(i >= 1)。 -
高度为
h
的二叉树最多有2^h - 1
个节点(h >= 1)。 -
对于任意一颗非空二叉树,如果叶子节点个数为n0,度为2的节点个数为n2,则有:
n0 = n2 + 1
。- 假设度为1 的节点个数为n1,那么二叉树的总结点
n = n0 + n1 + n2
二叉树的边数T = n1 + 2 * n2,这是因为n1的每个节点下有1个子节点,所以边是n1,n2的每一个节点都有2个子节点所以是n2 * 2。反过来看,因为所有的节点上面都有一条边,只有根节点上没有边。所以,二叉树的边数T = n1 + 2 * n2 = n - 1 = n0 + n1 + n2 - 1。即: n1 + 2 * n2 = n0 + n1 + n2 - 1 可以推出n0 = n2 + 1
。
- 假设度为1 的节点个数为n1,那么二叉树的总结点
2、二叉树的种类
a、真二叉树
- 所有节点的度要么为
0
,要么为2
,即没有只有一个子节点的节点。
b、满二叉树
- 所有节点的度要么为
0
,要么为2
。且所有的叶子节点
都在最后一层。 - 在同样高度的二叉树中,满二叉树的叶子节点数量
最多
,总结点数量最多。 - 满二叉树一定是真二叉树,真二叉树不一定是满二叉树。
- 假设满二叉树的高度为
h
(h >= 1),那么:- 第i层的节点数量:
2^(i - 1)
- 叶子节点数量:
2^h - 1
- 总结点数量
n
:- n =
2^h - 1 = 2^0 + 2^1 + 2^2 + 2^3 +...+ h^(h - 1)
- h =
log2(n + 1)
- n =
- 第i层的节点数量:
c、完全二叉树
-
叶子节点只会出现最后2层,最后1层的叶子节点都
靠左对齐
(只能缺少右子树)。 -
完全二叉树从
根节点至倒数第2层
是一颗满二叉树。 -
满二叉树一定是
完全二叉树
,完全二叉树不一定
是满二叉树。
-
度为
1
的节点只有左子树。 -
度为
1
的节点要么是1个,要么是0个。 -
同样节点数量的二叉树,完全二叉树的高度最小。
-
假设完全二叉树的高度为h(h >= 1),那么:
-
至少有2^(h - 1)个节点(2^0 + 2^1 + 2^2 + … + 2^(h - 2) + 1)。
-
最多有2^h - 1个节点(2^0 + 2^1 + 2^2 + … + 2^(h - 1), 满二叉树)。
-
总节点数量为 n:
- 2^(h - 1) <= n < 2^h
- h - 1 <= log2(n) < h
- h = floor(log2n) + 1
-
-
一个有n个节点的完整二叉树(n > 0),从上到下,从左到右对节点从1开始编号,对任意第i个节点:
- 如果i = 1,它是根节点。
- 如果i > 1,它的父节点编号为floor(i/2)。
- 如果2i <= n,它的左子节点编号为2i。
- 如果2i > n,它无左子点。
- 如果2i + 1 <= n,他的右子节点编号为2i + 1。
- 如果2i + 1 > n,它无右子节点。
-
一个有n个节点的完整二叉树(n > 0), 从上到下,从左到右对节点从0开始编号, 对任意第i个节点:
- 如果i = 0,它是根节点。
- 如果i > 0,它的父节点编号为floor((i- 1)/2)。
- 如果2i + 1 <= n - 1,它的左子节点编号为2i + 1。
- 如果2i + 1 > n - 1,它无左子点。
- 如果2i + 2 <= n - 1,他的右子节点编号为2i + 2。
- 如果2i + 2 > n - 1,它无右子节点。
三、leetcode算法题
1、寻找完全二叉树的叶子节点
总节点
数量为n
。- n如果是
偶数
,叶子节点数量n0 = n / 2
。 - n如果是
奇数
,叶子节点数量n0 = (n + 1) / 2
。 - 可以一并写成:
n0 = floor((n + 1) / 2)
。 floor为向下取整
。