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Java中樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)示例代碼

發(fā)布時(shí)間：2020-10-08 13:36:59 來(lái)源：腳本之家 閱讀：156 作者：遠(yuǎn)進(jìn) 欄目：編程語(yǔ)言

一、樹(shù)

樹(shù)與線性表、棧、隊(duì)列等線性結(jié)構(gòu)不同，樹(shù)是一種非線性結(jié)構(gòu)。

一棵樹(shù)只有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，如果一棵樹(shù)有了多個(gè)根節(jié)點(diǎn)，那它已經(jīng)不再是一棵樹(shù)了，而是多棵樹(shù)的集合，也被稱為森林。

二、樹(shù)的父節(jié)點(diǎn)表示法

樹(shù)中除根節(jié)點(diǎn)之外每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，為了記錄樹(shù)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的父子關(guān)系，可以為每個(gè)節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)parent域，用以記錄該節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)。

package com.ietree.basic.datastructure.tree;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Created by ietree
 * 2017/4/30
 */
public class TreeParent<E> {

  public static class Node<T> {

    T data;
    // 保存其父節(jié)點(diǎn)的位置
    int parent;

    public Node() {

    }

    public Node(T data) {
      this.data = data;
    }

    public Node(T data, int parent) {
      this.data = data;
      this.parent = parent;
    }

    public String toString() {
      return "TreeParent$Node[data=" + data + ", parent=" + parent + "]";
    }

  }

  private final int DEFAULT_TREE_SIZE = 100;
  private int treeSize = 0;
  // 使用一個(gè)Node[]數(shù)組來(lái)記錄該樹(shù)里的所有節(jié)點(diǎn)
  private Node<E>[] nodes;
  // 記錄樹(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)
  private int nodeNums;

  // 以指定節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建樹(shù)
  public TreeParent(E data) {
    treeSize = DEFAULT_TREE_SIZE;
    nodes = new Node[treeSize];
    nodes[0] = new Node<E>(data, -1);
    nodeNums++;
  }

  // 以指定根節(jié)點(diǎn)、指定treeSize創(chuàng)建樹(shù)
  public TreeParent(E data, int treeSize) {
    this.treeSize = treeSize;
    nodes = new Node[treeSize];
    nodes[0] = new Node<E>(data, -1);
    nodeNums++;
  }

  // 為指定節(jié)點(diǎn)添加子節(jié)點(diǎn)
  public void addNode(E data, Node parent) {
    for (int i = 0; i < treeSize; i++) {
      // 找到數(shù)組中第一個(gè)為null的元素，該元素保存新節(jié)點(diǎn)
      if (nodes[i] == null) {
        // 創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)，并用指定的數(shù)組元素保存它
        nodes[i] = new Node(data, pos(parent));
        nodeNums++;
        return;
      }
    }
    throw new RuntimeException("該樹(shù)已滿，無(wú)法添加新節(jié)點(diǎn)");
  }

  // 判斷樹(shù)是否為空
  public boolean empty() {
    // 根結(jié)點(diǎn)是否為null
    return nodes[0] == null;
  }

  // 返回根節(jié)點(diǎn)
  public Node<E> root() {
    // 返回根節(jié)點(diǎn)
    return nodes[0];
  }

  // 返回指定節(jié)點(diǎn)（非根結(jié)點(diǎn)）的父節(jié)點(diǎn)
  public Node<E> parent(Node node) {
    // 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的parent記錄了其父節(jié)點(diǎn)的位置
    return nodes[node.parent];
  }

  // 返回指定節(jié)點(diǎn)（非葉子節(jié)點(diǎn)）的所有子節(jié)點(diǎn)
  public List<Node<E>> children(Node parent) {
    List<Node<E>> list = new ArrayList<Node<E>>();
    for (int i = 0; i < treeSize; i++) {
      // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)的位置等于parent節(jié)點(diǎn)的位置
      if (nodes[i] != null && nodes[i].parent == pos(parent)) {
        list.add(nodes[i]);
      }
    }
    return list;
  }

  // 返回該樹(shù)的深度
  public int deep() {
    // 用于記錄節(jié)點(diǎn)的最大深度
    int max = 0;
    for (int i = 0; i < treeSize && nodes[i] != null; i++) {
      // 初始化本節(jié)點(diǎn)的深度
      int def = 1;
      // m 記錄當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)的位置
      int m = nodes[i].parent;
      // 如果其父節(jié)點(diǎn)存在
      while (m != -1 && nodes[m] != null) {
        // 向上繼續(xù)搜索父節(jié)點(diǎn)
        m = nodes[m].parent;
        def++;
      }
      if (max < def) {
        max = def;
      }
    }
    return max;
  }

  // 返回包含指定值的節(jié)點(diǎn)
  public int pos(Node node) {
    for (int i = 0; i < treeSize; i++) {
      // 找到指定節(jié)點(diǎn)
      if (nodes[i] == node) {
        return i;
      }
    }
    return -1;
  }

}

測(cè)試類：

package com.ietree.basic.datastructure.tree;

import java.util.List;

/**
 * Created by ietree
 * 2017/4/30
 */
public class treeParentTest {

  public static void main(String[] args) {

    TreeParent<String> tp = new TreeParent<String>("root");
    TreeParent.Node root = tp.root();
    System.out.println(root);
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)1", root);
    System.out.println("此樹(shù)的深度：" + tp.deep());
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)2", root);
    // 獲取根節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)
    List<TreeParent.Node<String>> nodes = tp.children(root);
    System.out.println("根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)：" + nodes.get(0));
    // 為根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)新增一個(gè)子節(jié)點(diǎn)
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)3", nodes.get(0));
    System.out.println("此樹(shù)的深度：" + tp.deep());

  }
}

程序輸出：

TreeParent$Node[data=root, parent=-1]
此樹(shù)的深度：2
根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)：TreeParent$Node[data=節(jié)點(diǎn)1, parent=0]
此樹(shù)的深度：3

三、子節(jié)點(diǎn)鏈表示法

讓父節(jié)點(diǎn)記住它的所有子節(jié)點(diǎn)。

package com.ietree.basic.datastructure.tree;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Created by ietree
 * 2017/4/30
 */
public class TreeChild<E> {

  private static class SonNode {
    // 記錄當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的位置
    private int pos;
    private SonNode next;

    public SonNode(int pos, SonNode next) {
      this.pos = pos;
      this.next = next;
    }
  }

  public static class Node<T> {
    T data;
    // 記錄第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)
    SonNode first;

    public Node(T data) {
      this.data = data;
      this.first = null;
    }

    public String toString() {
      if (first != null) {
        return "TreeChild$Node[data=" + data + ", first=" + first.pos + "]";
      } else {
        return "TreeChild$Node[data=" + data + ", first=-1]";
      }
    }
  }

  private final int DEFAULT_TREE_SIZE = 100;
  private int treeSize = 0;
  // 使用一個(gè)Node[]數(shù)組來(lái)記錄該樹(shù)里的所有節(jié)點(diǎn)
  private Node<E>[] nodes;
  // 記錄節(jié)點(diǎn)數(shù)
  private int nodeNums;

  // 以指定根節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建樹(shù)
  public TreeChild(E data) {
    treeSize = DEFAULT_TREE_SIZE;
    nodes = new Node[treeSize];
    nodes[0] = new Node<E>(data);
    nodeNums++;
  }

  // 以指定根節(jié)點(diǎn)、指定treeSize創(chuàng)建樹(shù)
  public TreeChild(E data, int treeSize) {
    this.treeSize = treeSize;
    nodes = new Node[treeSize];
    nodes[0] = new Node<E>(data);
    nodeNums++;
  }

  // 為指定節(jié)點(diǎn)添加子節(jié)點(diǎn)
  public void addNode(E data, Node parent) {
    for (int i = 0; i < treeSize; i++) {
      // 找到數(shù)組中第一個(gè)為null的元素，該元素保存新節(jié)點(diǎn)
      if (nodes[i] == null) {
        // 創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)，并用指定數(shù)組元素保存它
        nodes[i] = new Node(data);
        if (parent.first == null) {
          parent.first = new SonNode(i, null);
        } else {
          SonNode next = parent.first;
          while (next.next != null) {
            next = next.next;
          }
          next.next = new SonNode(i, null);
        }
        nodeNums++;
        return;
      }
    }
    throw new RuntimeException("該樹(shù)已滿，無(wú)法添加新節(jié)點(diǎn)");
  }

  // 判斷樹(shù)是否為空
  public boolean empty() {
    // 根結(jié)點(diǎn)是否為null
    return nodes[0] == null;
  }

  // 返回根節(jié)點(diǎn)
  public Node<E> root() {
    // 返回根節(jié)點(diǎn)
    return nodes[0];
  }

  // 返回指定節(jié)點(diǎn)（非葉子節(jié)點(diǎn)）的所有子節(jié)點(diǎn)
  public List<Node<E>> children(Node parent) {

    List<Node<E>> list = new ArrayList<Node<E>>();
    // 獲取parent節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)
    SonNode next = parent.first;
    // 沿著孩子鏈不斷搜索下一個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)
    while (next != null) {
      // 添加孩子鏈中的節(jié)點(diǎn)
      list.add(nodes[next.pos]);
      next = next.next;
    }
    return list;

  }

  // 返回指定節(jié)點(diǎn)（非葉子節(jié)點(diǎn)）的第index個(gè)子節(jié)點(diǎn)
  public Node<E> child(Node parent, int index) {
    // 獲取parent節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)
    SonNode next = parent.first;
    // 沿著孩子鏈不斷搜索下一個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)
    for (int i = 0; next != null; i++) {
      if (index == i) {
        return nodes[next.pos];
      }
      next = next.next;
    }
    return null;
  }

  // 返回該樹(shù)的深度
  public int deep() {
    // 獲取該樹(shù)的深度
    return deep(root());
  }

  // 這是一個(gè)遞歸方法：每棵子樹(shù)的深度為其所有子樹(shù)的最大深度 + 1
  private int deep(Node node) {
    if (node.first == null) {
      return 1;
    } else {
      // 記錄其所有子樹(shù)的最大深度
      int max = 0;
      SonNode next = node.first;
      // 沿著孩子鏈不斷搜索下一個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)
      while (next != null) {
        // 獲取以其子節(jié)點(diǎn)為根的子樹(shù)的深度
        int tmp = deep(nodes[next.pos]);
        if (tmp > max) {
          max = tmp;
        }
        next = next.next;
      }
      // 最后，返回其所有子樹(shù)的最大深度 + 1
      return max + 1;
    }
  }

  // 返回包含指定值得節(jié)點(diǎn)
  public int pos(Node node) {
    for (int i = 0; i < treeSize; i++) {
      // 找到指定節(jié)點(diǎn)
      if (nodes[i] == node) {
        return i;
      }
    }
    return -1;
  }

}

測(cè)試類：

package com.ietree.basic.datastructure.tree;

import java.util.List;

/**
 * Created by ietree
 * 2017/4/30
 */
public class TreeChildTest {

  public static void main(String[] args) {

    TreeChild<String> tp = new TreeChild<String>("root");
    TreeChild.Node root = tp.root();
    System.out.println(root);
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)1", root);
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)2", root);
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)3", root);
    System.out.println("添加子節(jié)點(diǎn)后的根結(jié)點(diǎn)：" + root);
    System.out.println("此樹(shù)的深度：" + tp.deep());
    // 獲取根節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)
    List<TreeChild.Node<String>> nodes = tp.children(root);
    System.out.println("根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)：" + nodes.get(0));
    // 為根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)新增一個(gè)子節(jié)點(diǎn)
    tp.addNode("節(jié)點(diǎn)4", nodes.get(0));
    System.out.println("此樹(shù)第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)：" + nodes.get(0));
    System.out.println("此樹(shù)的深度：" + tp.deep());

  }

}

程序輸出：

TreeChild$Node[data=root, first=-1]
添加子節(jié)點(diǎn)后的根結(jié)點(diǎn)：TreeChild$Node[data=root, first=1]
此樹(shù)的深度：2
根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)：TreeChild$Node[data=節(jié)點(diǎn)1, first=-1]
此樹(shù)第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)：TreeChild$Node[data=節(jié)點(diǎn)1, first=4]
此樹(shù)的深度：3

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。

向AI問(wèn)一下細(xì)節(jié)

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