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TreeMap和TreeSet即Java中利用二叉搜索樹實現(xiàn)的Map和Set

發(fā)布時間:2020-09-07 22:17:09 來源:網(wǎng)絡(luò) 閱讀:426 作者:涼白開dream 欄目:編程語言

一:概念
二叉搜索樹又稱二叉排序樹,它或者是一棵空樹**,或者是具有以下性質(zhì)的二叉樹:
若它的左子樹不為空,則左子樹上所有節(jié)點(diǎn)的值都小于根節(jié)點(diǎn)的值
若它的右子樹不為空,則右子樹上所有節(jié)點(diǎn)的值都大于根節(jié)點(diǎn)的值
它的左右子樹也分別為二叉搜索樹。
TreeMap和TreeSet即Java中利用二叉搜索樹實現(xiàn)的Map和Set

二:操作——查找
先和根節(jié)點(diǎn)做對比,相等返回,如果不相等,
關(guān)鍵碼key>根節(jié)點(diǎn)key,在右子樹中找(root=root.rightChild)
關(guān)鍵碼key<根節(jié)點(diǎn)key,在左子樹中找(root=root.leftChild)
否則返回false

三:操作——插入
根據(jù)二叉排序樹的性質(zhì),左孩子比根節(jié)點(diǎn)的值小,右孩子比根節(jié)點(diǎn)的值大。關(guān)鍵碼key先于根節(jié)點(diǎn)key作比較,然后再判斷與根節(jié)點(diǎn)的左或者右作比較,滿足二叉排序樹性質(zhì)時,即為合理位置,然后插入。

四: 操作-刪除(難點(diǎn))
設(shè)待刪除結(jié)點(diǎn)為 cur, 待刪除結(jié)點(diǎn)的雙親結(jié)點(diǎn)為 parent
1. cur.left == null

  1. cur 是 root,則 root = cur.right
  2. cur 不是 root,cur 是 parent.left,則 parent.left = cur.right
  3. cur 不是 root,cur 是 parent.right,則 parent.right = cur.right
    2. cur.right == null
  4. cur 是 root,則 root = cur.left
  5. cur 不是 root,cur 是 parent.left,則 parent.left = cur.left
  6. cur 不是 root,cur 是 parent.right,則 parent.right = cur.left
    3. cur.left != null && cur.right != null
  7. 需要使用替換法進(jìn)行刪除,即在它的右子樹中尋找中序下的第一個結(jié)點(diǎn)(關(guān)鍵碼最小),用它的值填補(bǔ)到被刪除節(jié)點(diǎn)中,再來處理該結(jié)點(diǎn)的刪除問題

五:實現(xiàn)


public class BinarySearchTree<K extends Comparable<K>, V>
{ 
public static class Node<K extends Comparable<K>, V> 
{
K key; 
V value; 
Node<K, V> left;
Node<K, V> right;

public String toString()
{ 
return String.format("{%s, %s}", key, value);
}
}
private Node<K, V> root = null;
public V get(K key) 
{ 
Node<K, V> parent = null; 
Node<K, V> cur = root; 
while (cur != null)
{ 
parent = cur;
int r = key.compareTo(cur.key);
if (r == 0)
{ 
return cur.value;
} 
else if (r < 0) {
cur = cur.left; 
}
else 
{
cur = cur.right;
} 
}
return null; 
}
public V put(K key, V value)

{ 
if (root == null)
{ root = new Node<>();
root.key = key;
root.v
display(root);
return null;
}
Node<K, V> parent = null; 
Node<K, V> cur = root; 
while (cur != null) 
{ 
parent = cur;
int r = key.compareTo(cur.key);
if (r == 0) 
{ 
V oldValue = cur.value; 
cur.value = value; 
display(root); 
return oldValue; 
}
else if (r < 0)
{ 
cur = cur.left; 
} 
else
{ 
cur = cur.right;
} 
}
Node<K, V> node = new Node<>(); 
node.key = key; 
node.value = value;
int r = key.compareTo(parent.key);
if (r < 0)
{ parent.left = node;
} 
else { parent.right = node; 
}
display(root); 
return null; 
}
public V remove(K key) 
{ 
Node<K, V> parent = null; 
Node<K, V> cur = root; 
while (cur != null) 
{ 
int r = key.compareTo(cur.key);
if (r == 0)
{ 
V oldValue = cur.value; 
deleteNode(parent, cur);
display(root); 
return oldValue; } 
else if (r < 0)
{ parent = cur; cur = cur.left; }
else { parent = cur; cur = cur.right; 
} 
}
display(root); 
return null;
}
private void deleteNode(Node<K,V> parent, Node<K,V> cur) 
{
if (cur.left == null)
{
if (cur == root)
{
root = cur.right;
} 
else if (cur == parent.left)
{ parent.left = cur.right; }
else { parent.right = cur.right; }
} else if (cur.right == null)
{ 
if (cur == root)
{ root = cur.left; }
else if (cur == parent.left)
{ parent.left = cur.left; }
else { parent.right = cur.left; }
} else {
// 去 cur 的右子樹中尋找最小的 key 所在的結(jié)點(diǎn) scapegoat
// 即 scapegoat.left == null 的結(jié)點(diǎn)
Node<K,V> goatParent = cur;
Node<K,V> scapegoat = cur.right;
while (scapegoat.left != null)
{ goatParent = scapegoat; scapegoat = cur.left; }
cur.key = scapegoat.key;
cur.value = scapegoat.value;
if (scapegoat == goatParent.left)
{
goatParent.left = scapegoat.right;
}
else { goatParent.right = scapegoat.right; }
} 
}
private static <K extends Comparable<K>,V> void display(Node<K,V> node) 
{
System.out.print("前序: ");
preOrder(node);
System.out.println();
System.out.print("中序: ")
inOrder(node); 
System.out.println(); }
private static <K extends Comparable<K>,V> void preOrder(Node<K,V> node)
{ if (node == null)
{ return; }
System.out.print(node + " ");
preOrder(node.left);
preOrder(node.right); }
private static <K extends Comparable<K>,V> void inOrder(Node<K,V> node)
{ if (node == null) 
{ return; }
inOrder(node.left);
System.out.print(node + " ");
inOrder(node.right); }
public static void main(String[] args)
{ 
BinarySearchTree<Integer, String> tree = new BinarySearchTree<>(); 
int[] keys = { 5, 3, 7, 4, 2, 6, 1, 9, 8 }; 
for (int key : keys) 
{
tree.put(key, String.valueOf(key)); }
System.out.println("=================================="); tree.put(3, "修改過的 3"); System.out.println("=================================="); tree.remove(9);
tree.remove(1); t
ree.remove(3);
``` } 
}

**六:性能分析**
插入和刪除操作都必須先查找,查找效率代表了二叉搜索樹中各個操作的性能。
對有n個結(jié)點(diǎn)的二叉搜索樹,若每個元素查找的概率相等,則二叉搜索樹平均查找長度是結(jié)點(diǎn)在二叉搜索樹的深度的函數(shù),即結(jié)點(diǎn)越深,則比較次數(shù)越多。
但對于同一個關(guān)鍵碼集合,如果各關(guān)鍵碼插入的次序不同,可能得到不同結(jié)構(gòu)的二叉搜索樹。
**七: 和 java 類集的關(guān)系**
TreeMap 和 TreeSet 即 java 中利用搜索樹實現(xiàn)的 Map 和 Set;
向AI問一下細(xì)節(jié)

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