Обход бинарного дерева
Бинарные деревья
Бинарное дерево определяется как конечное множество узлов, которое 
или пусто, или состоит из корня и двух непересекающихся бинарных деревьев, называемых левым и правым поддеревьями корня. Отметим, что деревья на рисунке слева различны, так как в одном случае пусто левое поддерево, а в другом правое.
Узел бинарного дерева может быть представлен структурой:
struct NODE{
<тип> <поле данных>;
NODE *Llink; // указатель на левого сына
NODE *Rlink; // указатель на правого сына
};
Для работы с древовидными структурами имеется множество алгоритмов, и многие из них используют одну и ту же идею, а именно идею прохождения или обхода дерева. Обход дерева подразумевает такой порядок работы с его узлами, для которого каждый из них посещается точно один раз. Для обхода бинарного дерева могут быть использованы три способа, определяемых рекурсивно.
Прямой обход.
1. Обработать корень
2. Обойти левое поддерево
3. Обойти правое поддерево
Обратный обход.
1. Обойти левое поддерево
2. Обработать корень
3. Обойти правое поддерево
Концевой обход.
1. Обойти левое поддерево
2. Обойти правое поддерево
3. Обработать корень
 |
На рис. 22 изображены все варианты обходов бинарного дерева.
Рис. 22 Варианты обхода бинарного дерева.
На рис. 23 изображено бинарное дерево и порядок следования его узлов для различных методов обхода.
Рис 23. Бинарное дерево и варианты его обхода
Ниже приводится текст рекурсивной функции, выполняющей обход дерева в прямом порядке.
void DirectBypass(NODE *Root){
// Root – указатель на корень дерева
if(Root==NULL) return; // дерево пусто
Обработка(Root); // делаем то, что нужно с узлом
DirectBypass(Root->Llink); // пройти левое поддерево
DirectBypass(Root->Rlink); // пройти левое поддерево
}
Обратный и концевой обходы отличаются только местоположением оператора Обработка(Root)среди остальных.
Идея реализации алгоритма с "ручным" ведения стека (это может потребоваться, если язык не допускает рекурсии) заключается в том, что мы запоминаем в стеке историю спуска по левым ветвям дерева для того, чтобы впоследствии можно было вернуться и обработать оставшиеся узлы. Ниже приведен текст функции, выполняющей обход в обратном порядке.
const int MAXSTACK=50;
void InverseBypass(NODE *Root){
// Нерекурсивный обход бинарного дерева
NODE *stack[MAXSTACK];
NODE *s;
int v=0; // указатель на вершину стека
s=Root;
again:
if(s!=NULL){
// спускаемся по левым ветвям, запоминая историю в стеке
stack[v++]=s;
s=s->Llink;
goto again;
} else {
if(v==0){ // стек пуст
return;
}
// взять узел из стека
s=stack[--v];
Обработка(s);
// переходим к правому поддереву
s=s->Rlink;
goto again;
}
}
Рассмотрим две конкретные задачи, решаемые с помощью обхода дерева.
Задача 1. Копирование бинарного дерева
Для решения задачи естественно использовать прямой обход с тем, чтобы узел – отец создавался раньше, чем сыновья.
NODE *CopyBinTree(NODE *Root){
// функция имеет указатель на корень
// дерева – оригинала в качестве аргумента
// и возвращает указатель на корень дерева – копии
if(Root==NULL) return NULL;
// создадим корень в копии
NODE *RootCopy=new NODE;
// левый и правый сыновья в дереве – копии являются
// копиями левого и правого поддеревьев корня в оригинале
RootCopy->Llink=CopyBinTree(Root->Llink);
RootCopy->Rlink=CopyBinTree(Root->Rlink);
Return RootCopy;
}
Задача 2. Вычисление значения выражения, заданного деревом.
В качестве примера рассмотрим выражение ((2+3)*(7-4))/3. Порядок вычисления выражения можно изобразить в виде дерева на рис. 24.
 |
Рис.24. Выражение в дереве
Узел дерева в поле данных содержит либо число, либо символ операции. Если узел содержит число, то это операнд, а если операцию, то значения левого и правого поддеревьев суть её операнды. Вычисление естественно выполнять в порядке концевого обхода, поскольку для того, чтобы выполнить операцию, надо знать её операнды. Структура узла имеет вид:
const int OPERATION=0; // признак: узел содержит операцию
const int NUMBER=1; // признак: узел содержит число
struct UZEL{
union {
char Operation; // символ операции
float Number; // число
};
int Tag; // может принимать значения OPERATION или NUMBER
UZEL *Left, *Right; // указатели на сыновей
};
Приведенная ниже функция вычисляет значение выражения, заданного деревом.
float TreeValue(UZEL *Root){
float Result;
if(Root->Tag==NUMBER) return Root->Number;
// в узле операция. Найдем её операнды
float x=TreeValue(Root->Left); // левый операнд
float y=TreeValue(Root->Right); // правый операнд
// выполним операцию
switch(Root->Operation){
case'+':
Result=x+y;
break;
case'-':
Result=x-y;
break;
case'*':
Result=x*y;
break;
case'/':
Result=x/y;
break;
}
return Result;
}