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java实现二叉树
1 import java.util.ArrayList; 2 import java.util.List; 3 4 public class BinarySearchTree { 5 6 // 树的根结点 7 private TreeNode root = null; 8 9 // 遍历结点列表 10 private List<TreeNode> nodelist = new ArrayList<TreeNode>(); 11 12 private class TreeNode { 13 14 private int key; 15 private TreeNode leftChild; 16 private TreeNode rightChild; 17 private TreeNode parent; 18 19 public TreeNode(int key, TreeNode leftChild, TreeNode rightChild, 20 TreeNode parent) { 21 this.key = key; 22 this.leftChild = leftChild; 23 this.rightChild = rightChild; 24 this.parent = parent; 25 } 26 27 public int getKey() { 28 return key; 29 } 30 31 public String toString() { 32 String leftkey = (leftChild == null ? "" : String 33 .valueOf(leftChild.key)); 34 String rightkey = (rightChild == null ? "" : String 35 .valueOf(rightChild.key)); 36 return "(" + leftkey + " , " + key + " , " + rightkey + ")"; 37 } 38 39 } 40 41 /** 42 * isEmpty: 判断二叉查找树是否为空；若为空，返回 true ，否则返回 false . 43 * 44 */ 45 public boolean isEmpty() { 46 if (root == null) { 47 return true; 48 } else { 49 return false; 50 } 51 } 52 53 /** 54 * 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。 55 */ 56 public void TreeEmpty() throws Exception { 57 if (isEmpty()) { 58 throw new Exception("树为空!"); 59 } 60 } 61 62 /** 63 * search: 在二叉查找树中查询给定关键字 64 * 65 * @param key 66 * 给定关键字 67 * @return 匹配给定关键字的树结点 68 */ 69 public TreeNode search(int key) { 70 TreeNode pNode = root; 71 while (pNode != null && pNode.key != key) { 72 if (key < pNode.key) { 73 pNode = pNode.leftChild; 74 } else { 75 pNode = pNode.rightChild; 76 } 77 } 78 return pNode; 79 } 80 81 /** 82 * minElemNode: 获取二叉查找树中的最小关键字结点 83 * 84 * @return 二叉查找树的最小关键字结点 85 * @throws Exception 86 * 若树为空，则抛出异常 87 */ 88 public TreeNode minElemNode(TreeNode node) throws Exception { 89 if (node == null) { 90 throw new Exception("树为空！"); 91 } 92 TreeNode pNode = node; 93 while (pNode.leftChild != null) { 94 pNode = pNode.leftChild; 95 } 96 return pNode; 97 } 98 99 /**100 * maxElemNode: 获取二叉查找树中的最大关键字结点101 * 102 * @return 二叉查找树的最大关键字结点103 * @throws Exception104 * 若树为空，则抛出异常105 */106 public TreeNode maxElemNode(TreeNode node) throws Exception {107 if (node == null) {108 throw new Exception("树为空！");109 }110 TreeNode pNode = node;111 while (pNode.rightChild != null) {112 pNode = pNode.rightChild;113 }114 return pNode;115 }116 117 /**118 * successor: 获取给定结点在中序遍历顺序下的后继结点119 * 120 * @param node121 * 给定树中的结点122 * @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 null123 * @throws Exception124 */125 public TreeNode successor(TreeNode node) throws Exception {126 if (node == null) {127 return null;128 }129 130 // 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131 if (node.rightChild != null) {132 return minElemNode(node.rightChild);133 }134 // 若该结点右子树为空135 TreeNode parentNode = node.parent;136 while (parentNode != null && node == parentNode.rightChild) {137 node = parentNode;138 parentNode = parentNode.parent;139 }140 return parentNode;141 }142 143 /**144 * precessor: 获取给定结点在中序遍历顺序下的前趋结点145 * 146 * @param node147 * 给定树中的结点148 * @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 null149 * @throws Exception150 */151 public TreeNode precessor(TreeNode node) throws Exception {152 if (node == null) {153 return null;154 }155 156 // 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157 if (node.leftChild != null) {158 return maxElemNode(node.leftChild);159 }160 // 若该结点左子树为空161 TreeNode parentNode = node.parent;162 while (parentNode != null && node == parentNode.leftChild) {163 node = parentNode;164 parentNode = parentNode.parent;165 }166 return parentNode;167 }168 169 /**170 * insert: 将给定关键字插入到二叉查找树中171 * 172 * @param key173 * 给定关键字174 */175 public void insert(int key) {176 TreeNode parentNode = null;177 TreeNode newNode = new TreeNode(key, null, null, null);178 TreeNode pNode = root;179 if (root == null) {180 root = newNode;181 return;182 }183 while (pNode != null) {184 parentNode = pNode;185 if (key < pNode.key) {186 pNode = pNode.leftChild;187 } else if (key > pNode.key) {188 pNode = pNode.rightChild;189 } else {190 // 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191 return;192 }193 }194 if (key < parentNode.key) {195 parentNode.leftChild = newNode;196 newNode.parent = parentNode;197 } else {198 parentNode.rightChild = newNode;199 newNode.parent = parentNode;200 }201 202 }203 204 /**205 * insert: 从二叉查找树中删除匹配给定关键字相应的树结点206 * 207 * @param key208 * 给定关键字209 */210 public void delete(int key) throws Exception {211 TreeNode pNode = search(key);212 if (pNode == null) {213 throw new Exception("树中不存在要删除的关键字!");214 }215 delete(pNode);216 }217 218 /**219 * delete: 从二叉查找树中删除给定的结点.220 * 221 * @param pNode222 * 要删除的结点223 * 224 * 前置条件： 给定结点在二叉查找树中已经存在225 * @throws Exception226 */227 private void delete(TreeNode pNode) throws Exception {228 if (pNode == null) {229 return;230 }231 if (pNode.leftChild == null && pNode.rightChild == null) { // 该结点既无左孩子结点，也无右孩子结点232 TreeNode parentNode = pNode.parent;233 if (pNode == parentNode.leftChild) {234 parentNode.leftChild = null;235 } else {236 parentNode.rightChild = null;237 }238 return;239 }240 if (pNode.leftChild == null && pNode.rightChild != null) { // 该结点左孩子结点为空，右孩子结点非空241 TreeNode parentNode = pNode.parent;242 if (pNode == parentNode.leftChild) {243 parentNode.leftChild = pNode.rightChild;244 pNode.rightChild.parent = parentNode;245 } else {246 parentNode.rightChild = pNode.rightChild;247 pNode.rightChild.parent = parentNode;248 }249 return;250 }251 if (pNode.leftChild != null && pNode.rightChild == null) { // 该结点左孩子结点非空，右孩子结点为空252 TreeNode parentNode = pNode.parent;253 if (pNode == parentNode.leftChild) {254 parentNode.leftChild = pNode.leftChild;255 pNode.rightChild.parent = parentNode;256 } else {257 parentNode.rightChild = pNode.leftChild;258 pNode.rightChild.parent = parentNode;259 }260 return;261 }262 // 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263 TreeNode successorNode = successor(pNode);264 delete(successorNode);265 pNode.key = successorNode.key;266 }267 268 /**269 * inOrderTraverseList: 获得二叉查找树的中序遍历结点列表270 * 271 * @return 二叉查找树的中序遍历结点列表272 */273 public List<TreeNode> inOrderTraverseList() {274 if (nodelist != null) {275 nodelist.clear();276 }277 inOrderTraverse(root);278 return nodelist;279 }280 281 /**282 * inOrderTraverse: 对给定二叉查找树进行中序遍历283 * 284 * @param root285 * 给定二叉查找树的根结点286 */287 private void inOrderTraverse(TreeNode root) {288 if (root != null) {289 inOrderTraverse(root.leftChild);290 nodelist.add(root);291 inOrderTraverse(root.rightChild);292 }293 }294 295 /**296 * toStringOfOrderList: 获取二叉查找树中关键字的有序列表297 * 298 * @return 二叉查找树中关键字的有序列表299 */300 public String toStringOfOrderList() {301 StringBuilder sbBuilder = new StringBuilder(" [ ");302 for (TreeNode p : inOrderTraverseList()) {303 sbBuilder.append(p.key);304 sbBuilder.append(" ");305 }306 sbBuilder.append("]");307 return sbBuilder.toString();308 }309 310 /**311 * 获取该二叉查找树的字符串表示312 */313 public String toString() {314 StringBuilder sbBuilder = new StringBuilder(" [ ");315 for (TreeNode p : inOrderTraverseList()) {316 sbBuilder.append(p);317 sbBuilder.append(" ");318 }319 sbBuilder.append("]");320 return sbBuilder.toString();321 }322 323 public TreeNode getRoot() {324 return root;325 }326 327 public static void testNode(BinarySearchTree bst, TreeNode pNode)328 throws Exception {329 System.out.println("本结点: " + pNode);330 System.out.println("前趋结点: " + bst.precessor(pNode));331 System.out.println("后继结点: " + bst.successor(pNode));332 }333 334 public static void testTraverse(BinarySearchTree bst) {335 System.out.println("二叉树遍历：" + bst);336 System.out.println("二叉查找树转换为有序列表: " + bst.toStringOfOrderList());337 }338 339 public static void main(String[] args) {340 try {341 BinarySearchTree bst = new BinarySearchTree();342 System.out.println("查找树是否为空？ " + (bst.isEmpty() ? "是" : "否"));343 int[] keys = new int[] { 15, 6, 18, 3, 7, 13, 20, 2, 9, 4 };344 for (int key : keys) {345 bst.insert(key);346 }347 System.out.println("查找树是否为空？ " + (bst.isEmpty() ? "是" : "否"));348 TreeNode minkeyNode = bst.minElemNode(bst.getRoot());349 System.out.println("最小关键字： " + minkeyNode.getKey());350 testNode(bst, minkeyNode);351 TreeNode maxKeyNode = bst.maxElemNode(bst.getRoot());352 System.out.println("最大关键字： " + maxKeyNode.getKey());353 testNode(bst, maxKeyNode);354 System.out.println("根结点关键字： " + bst.getRoot().getKey());355 testNode(bst, bst.getRoot());356 testTraverse(bst);357 System.out.println("****************************** ");358 testTraverse(bst);359 } catch (Exception e) {360 System.out.println(e.getMessage());361 e.printStackTrace();362 }363 }364 365 }
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