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二叉查找树之 Java的实现【下】

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二叉查找树之 Java的实现【下】

本文作者：skywang12345

地址：cnblogs.com/skywang12345/p/3576452.html

完整的实现代码

二叉查找树的Java实现文件(BSTree.java)

/**
 * Java 语言: 二叉查找树
 *
 * @author skywang
 * @date 2013/11/07
 */

public class BSTree<T extends Comparable<T>> {

    private BSTNode<T> mRoot;    // 根结点

    public class BSTNode<T extends Comparable<T>> {
        T key;                // 关键字(键值)
        BSTNode<T> left;    // 左孩子
        BSTNode<T> right;    // 右孩子
        BSTNode<T> parent;    // 父结点

        public BSTNode(T key, BSTNode<T> parent, BSTNode<T> left, BSTNode<T> right) {
            this.key = key;
            this.parent = parent;
            this.left = left;
            this.right = right;
        }

        public T getKey() {
            return key;
        }

        public String toString() {
            return "key:"+key;
        }
    }

    public BSTree() {
        mRoot=null;
    }

    /*
     * 前序遍历"二叉树"
     */
    private void preOrder(BSTNode<T> tree) {
        if(tree != null) {
            System.out.print(tree.key+" ");
            preOrder(tree.left);
            preOrder(tree.right);
        }
    }

    public void preOrder() {
        preOrder(mRoot);
    }

    /*
     * 中序遍历"二叉树"
     */
    private void inOrder(BSTNode<T> tree) {
        if(tree != null) {
            inOrder(tree.left);
            System.out.print(tree.key+" ");
            inOrder(tree.right);
        }
    }

    public void inOrder() {
        inOrder(mRoot);
    }


    /*
     * 后序遍历"二叉树"
     */
    private void postOrder(BSTNode<T> tree) {
        if(tree != null)
        {
            postOrder(tree.left);
            postOrder(tree.right);
            System.out.print(tree.key+" ");
        }
    }

    public void postOrder() {
        postOrder(mRoot);
    }


    /*
     * (递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点
     */
    private BSTNode<T> search(BSTNode<T> x, T key) {
        if (x==null)
            return x;

        int cmp = key.compareTo(x.key);
        if (cmp < 0)
            return search(x.left, key);
        else if (cmp > 0)
            return search(x.right, key);
        else
            return x;
    }

    public BSTNode<T> search(T key) {
        return search(mRoot, key);
    }

    /*
     * (非递归实现)查找"二叉树x"中键值为key的节点
     */
    private BSTNode<T> iterativeSearch(BSTNode<T> x, T key) {
        while (x!=null) {
            int cmp = key.compareTo(x.key);

            if (cmp < 0) 
                x = x.left;
            else if (cmp > 0) 
                x = x.right;
            else
                return x;
        }

        return x;
    }

    public BSTNode<T> iterativeSearch(T key) {
        return iterativeSearch(mRoot, key);
    }

    /* 
     * 查找最小结点：返回tree为根结点的二叉树的最小结点。
     */
    private BSTNode<T> minimum(BSTNode<T> tree) {
        if (tree == null)
            return null;

        while(tree.left != null)
            tree = tree.left;
        return tree;
    }

    public T minimum() {
        BSTNode<T> p = minimum(mRoot);
        if (p != null)
            return p.key;

        return null;
    }
     
    /* 
     * 查找最大结点：返回tree为根结点的二叉树的最大结点。
     */
    private BSTNode<T> maximum(BSTNode<T> tree) {
        if (tree == null)
            return null;

        while(tree.right != null)
            tree = tree.right;
        return tree;
    }

    public T maximum() {
        BSTNode<T> p = maximum(mRoot);
        if (p != null)
            return p.key;

        return null;
    }

    /* 
     * 找结点(x)的后继结点。即，查找"二叉树中数据值大于该结点"的"最小结点"。
     */
    public BSTNode<T> successor(BSTNode<T> x) {
        // 如果x存在右孩子，则"x的后继结点"为 "以其右孩子为根的子树的最小结点"。
        if (x.right != null)
            return minimum(x.right);

        // 如果x没有右孩子。则x有以下两种可能：
        // (01) x是"一个左孩子"，则"x的后继结点"为 "它的父结点"。
        // (02) x是"一个右孩子"，则查找"x的最低的父结点，并且该父结点要具有左孩子"，找到的这个"最低的父结点"就是"x的后继结点"。
        BSTNode<T> y = x.parent;
        while ((y!=null) && (x==y.right)) {
            x = y;
            y = y.parent;
        }

        return y;
    }
     
    /* 
     * 找结点(x)的前驱结点。即，查找"二叉树中数据值小于该结点"的"最大结点"。
     */
    public BSTNode<T> predecessor(BSTNode<T> x) {
        // 如果x存在左孩子，则"x的前驱结点"为 "以其左孩子为根的子树的最大结点"。
        if (x.left != null)
            return maximum(x.left);

        // 如果x没有左孩子。则x有以下两种可能：
        // (01) x是"一个右孩子"，则"x的前驱结点"为 "它的父结点"。
        // (01) x是"一个左孩子"，则查找"x的最低的父结点，并且该父结点要具有右孩子"，找到的这个"最低的父结点"就是"x的前驱结点"。
        BSTNode<T> y = x.parent;
        while ((y!=null) && (x==y.left)) {
            x = y;
            y = y.parent;
        }

        return y;
    }

    /* 
     * 将结点插入到二叉树中
     *
     * 参数说明：
     *     tree 二叉树的
     *     z 插入的结点
     */
    private void insert(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) {
        int cmp;
        BSTNode<T> y = null;
        BSTNode<T> x = bst.mRoot;

        // 查找z的插入位置
        while (x != null) {
            y = x;
            cmp = z.key.compareTo(x.key);
            if (cmp < 0)
                x = x.left;
            else
                x = x.right;
        }

        z.parent = y;
        if (y==null)
            bst.mRoot = z;
        else {
            cmp = z.key.compareTo(y.key);
            if (cmp < 0)
                y.left = z;
            else
                y.right = z;
        }
    }

    /* 
     * 新建结点(key)，并将其插入到二叉树中
     *
     * 参数说明：
     *     tree 二叉树的根结点
     *     key 插入结点的键值
     */
    public void insert(T key) {
        BSTNode<T> z=new BSTNode<T>(key,null,null,null);

        // 如果新建结点失败，则返回。
        if (z != null)
            insert(this, z);
    }

    /* 
     * 删除结点(z)，并返回被删除的结点
     *
     * 参数说明：
     *     bst 二叉树
     *     z 删除的结点
     */
    private BSTNode<T> remove(BSTree<T> bst, BSTNode<T> z) {
        BSTNode<T> x=null;
        BSTNode<T> y=null;

        if ((z.left == null) || (z.right == null) )
            y = z;
        else
            y = successor(z);

        if (y.left != null)
            x = y.left;
        else
            x = y.right;

        if (x != null)
            x.parent = y.parent;

        if (y.parent == null)
            bst.mRoot = x;
        else if (y == y.parent.left)
            y.parent.left = x;
        else
            y.parent.right = x;

        if (y != z) 
            z.key = y.key;

        return y;
    }

    /* 
     * 删除结点(z)，并返回被删除的结点
     *
     * 参数说明：
     *     tree 二叉树的根结点
     *     z 删除的结点
     */
    public void remove(T key) {
        BSTNode<T> z, node; 

        if ((z = search(mRoot, key)) != null)
            if ( (node = remove(this, z)) != null)
                node = null;
    }

    /*
     * 销毁二叉树
     */
    private void destroy(BSTNode<T> tree) {
        if (tree==null)
            return ;

        if (tree.left != null)
            destroy(tree.left);
        if (tree.right != null)
            destroy(tree.right);

        tree=null;
    }

    public void clear() {
        destroy(mRoot);
        mRoot = null;
    }

    /*
     * 打印"二叉查找树"
     *
     * key        -- 节点的键值 
     * direction  --  0，表示该节点是根节点;
     *               -1，表示该节点是它的父结点的左孩子;
     *                1，表示该节点是它的父结点的右孩子。
     */
    private void print(BSTNode<T> tree, T key, int direction) {

        if(tree != null) {

            if(direction==0)    // tree是根节点
                System.out.printf("%2d is root/n", tree.key);
            else                // tree是分支节点
                System.out.printf("%2d is %2d's %6s child/n", 
                tree.key, key, direction==1?"right" : "left");

            print(tree.left, tree.key, -1);
            print(tree.right,tree.key,  1);
        }
    }

    public void print() {
        if (mRoot != null)
            print(mRoot, mRoot.key, 0);
    }
}

二叉查找树的C++测试程序( BSTreeTest.java)

/**
 * Java 语言: 二叉查找树
 *
 * @author skywang
 * @date 2013/11/07
 */
public class BSTreeTest {

    private static final int arr[] = {1,5,4,3,2,6};

    public static void main(String[] args) {
        int i, ilen;
        BSTree<Integer> tree=new BSTree<Integer>();

        System.out.print("== 依次添加: ");
        ilen = arr.length;
        for(i=0; i<ilen; i++) {
            System.out.print(arr[i]+" ");
            tree.insert(arr[i]);
        }

        System.out.print("/n== 前序遍历: ");
        tree.preOrder();

        System.out.print("/n== 中序遍历: ");
        tree.inOrder();

        System.out.print("/n== 后序遍历: ");
        tree.postOrder();
        System.out.println();

        System.out.println("== 最小值: "+ tree.minimum());
        System.out.println("== 最大值: "+ tree.maximum());
        System.out.println("== 树的详细信息: ");
        tree.print();

        System.out.print("/n== 删除根节点: "+ arr[3]);
        tree.remove(arr[3]);

        System.out.print("/n== 中序遍历: ");
        tree.inOrder();
        System.out.println();

        // 销毁二叉树
        tree.clear();
    }
}

在二叉查找树的Java实现中，使用了泛型，也就意味着支持任意类型；但是该类型必须要实现Comparable接口。

二叉查找树的Java测试程序

上面的BSTreeTest.java是二叉查找树树的测试程序，运行结果如下：

== 依次添加: 1 5 4 3 2 6 
== 前序遍历: 1 5 4 3 2 6 
== 中序遍历: 1 2 3 4 5 6 
== 后序遍历: 2 3 4 6 5 1 
== 最小值: 1
== 最大值: 6
== 树的详细信息: 
is root
is  1's  right child
is  5's   left child
is  4's   left child
is  3's   left child
is  5's  right child

== 删除根节点: 3
== 中序遍历: 1 2 4 5 6