二叉排序树的创建，遍历和删除

Binary Sort/Search Tree

为什么会有它

数组

未排序：直接在队尾添加，速度快；查找速度慢。

排序：二分查找，查找速度快；添加新数据，需要找到插入位置移动后面的数组，速度慢

链表

添加快，查找慢；

简介

BST: (Binary Sort(Search) Tree), 对于二叉排序树的任何一个非叶子节点，要求左子节点的值比当前节点的值小，右子节点的值比当前节点的值大。

特别说明：如果有相同的值，可以将该节点放在左子节点或右子节点

比如针对前面的数据 (7,3, 10, 12, 5, 1, 9) ，对应的二叉排序树为：

创建二叉排序树

一个数组创建成对应的二叉排序树，并使用中序遍历二叉排序树，比如: 数组为 Array(7, 3, 10, 12, 5, 1, 9) ，创建成对应的二叉排序树。

创建思路：

插入一个节点

如果该节点的值小于根节点的值，此时需要判断根节点的左孩子是否为空，为空则插入该节点；不为空，则以左孩子为当前节点，递归进行添加

如果该节点的值大于根节点的值，此时需要判断根节点的右孩子是否为空，为空则插入该节点；不为空，则以右孩子为当前节点，递归进行添加

遍历思路：（中序）infixOrder

如果当前节点的左孩子不为空，就继续遍历直至为空；

先输出当前节点的值；

如果当先节点的右孩子不为空，就继续遍历直至为空。

删除思路：

分三种情况：

1. 删除叶子节点 (比如：2, 5,9, 12)

   该节点下没有左右子节点

   • 找到待删节点：targetNode，比如2
   • 找到待删节点的父节点：parent，此时为1
   • 确定targetNode是parent的左子节点还是右子节点，2是1的右子节点，将1的右子节点置为空；
     • 左子节点：parent.left = null
     • 右子节点：parent.right = null

2. 删除只有一颗子树的节点 (比如：1) ；独子继承父业，即：将待删节点的左子树或右子树整个移动到删除结点的位置

   即该节点有左子节点或者右子节点

   • 找到待删节点：targetNode，比如1
   • 找到待删节点的父节点：parent，此时为3
   • 分情况开始讨论：看targetNode是parent的左子节点还是右子节点
     • 左子节点：还要看待删节点的孩子是左孩子还是右孩子
       • 左孩子：parent.left = targetNode.left
       • 右孩子：parent.left = targetNode.right;
     • 右子节点：还要看待删节点的孩子是左孩子还是右孩子
       • 左孩子：parent.right = targetNode.left
       • 右孩子：parent.right = targetNode.right;

3. 删除有两颗子树的节点. (比如：7, 3，10 )

   即该节点有左子节点和右子节点。找到待删节点p的直接前驱（或直接后继）s，用s来替换p，再删除此节点s。如何找p的直接前驱呢？对该树进行中序遍历，就可以发现待删节点的前驱和后继结点。

   • 找到待删节点：targetNode，比如10
   • 找到待删节点的父节点：parent，此时为7
   • 从targetNode的右子树（这里找其直接后继结点）找到最小的结点，此时为12；如果我们要找前驱结点，那就需要在左子树中找到最大的结点。
   • 用一个临时变量temp保存该最小节点，即temp = 12;
   • 删除该最小结点
   • 让待删节点的值变成temp的值，targetNode.value = temp;

代码实现

package algorithm;

/**
 * @ClassName: Demo21_BinarySortTree
 * @author: benjamin
 * @version: 1.0
 * @description: 二叉排序树的增删遍历
 * @createTime: 2019/08/27/11:29
 */

public class Demo21_BinarySortTree {

  public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {7, 3, 10, 12, 5, 1, 9, 2};
    BinarySortTree binarySortTree = new BinarySortTree();
    //循环的添加结点到二叉排序树
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
      binarySortTree.add(new Node(arr[i]));
    }

    //中序遍历二叉排序树
    System.out.println("中序遍历二叉排序树~");
    binarySortTree.infixOrder(); // 1, 3, 5, 7, 9, 10, 12

    //测试一下删除叶子结点

    binarySortTree.delNode(12);

    binarySortTree.delNode(5);
    binarySortTree.delNode(10);
    binarySortTree.delNode(2);
    binarySortTree.delNode(3);

    binarySortTree.delNode(9);
    binarySortTree.delNode(1);
    binarySortTree.delNode(7);

    System.out.println("root=" + binarySortTree.getRoot());

    System.out.println("删除结点后");
    binarySortTree.infixOrder();
  }

}

//创建二叉排序树
class BinarySortTree {

  private Node root;

  public Node getRoot() {
    return root;
  }

  //查找要删除的结点
  public Node search(int value) {
    if (root == null) {
      return null;
    } else {
      return root.search(value);
    }
  }

  //查找父结点
  public Node searchParent(int value) {
    if (root == null) {
      return null;
    } else {
      return root.searchParent(value);
    }
  }

  //编写方法:
  //1. 返回的 以node 为根结点的二叉排序树的最小结点的值
  //2. 删除node 为根结点的二叉排序树的最小结点

  /**
   * @param node 传入的结点(当做二叉排序树的根结点)
   * @return 返回的 以node 为根结点的二叉排序树的最小结点的值
   */
  public int delRightTreeMin(Node node) {
    Node target = node;
    //循环的查找左子节点，就会找到最小值
    while (target.left != null) {
      target = target.left;
    }
    //这时 target就指向了最小结点
    //删除最小结点
    delNode(target.value);
    return target.value;
  }


  //删除结点
  public void delNode(int value) {
    if (root == null) {
      return;
    } else {
      //1.需求先去找到要删除的结点  targetNode
      Node targetNode = search(value);
      //如果没有找到要删除的结点
      if (targetNode == null) {
        return;
      }
      //如果我们发现当前这颗二叉排序树只有一个结点
      if (root.left == null && root.right == null) {
        root = null;
        return;
      }

      //去找到targetNode的父结点
      Node parent = searchParent(value);
      //如果要删除的结点是叶子结点
      if (targetNode.left == null && targetNode.right == null) {
        //判断targetNode 是父结点的左子结点，还是右子结点
        if (parent.left != null && parent.left.value == value) { //是左子结点
          parent.left = null;
        } else if (parent.right != null && parent.right.value == value) {//是由子结点
          parent.right = null;
        }
      } else if (targetNode.left != null && targetNode.right != null) { //删除有两颗子树的节点
        int minVal = delRightTreeMin(targetNode.right);
        targetNode.value = minVal;


      } else { // 删除只有一颗子树的结点
        //如果要删除的结点有左子结点
        if (targetNode.left != null) {
          if (parent != null) {
            //如果 targetNode 是 parent 的左子结点
            if (parent.left.value == value) {
              parent.left = targetNode.left;
            } else { //  targetNode 是 parent 的右子结点
              parent.right = targetNode.left;
            }
          } else {
            root = targetNode.left;
          }
        } else { //如果要删除的结点有右子结点
          if (parent != null) {
            //如果 targetNode 是 parent 的左子结点
            if (parent.left.value == value) {
              parent.left = targetNode.right;
            } else { //如果 targetNode 是 parent 的右子结点
              parent.right = targetNode.right;
            }
          } else {
            root = targetNode.right;
          }
        }

      }

    }
  }

  //添加结点的方法
  public void add(Node node) {
    if (root == null) {
      root = node;//如果root为空则直接让root指向node
    } else {
      root.add(node);
    }
  }

  //中序遍历
  public void infixOrder() {
    if (root != null) {
      root.infixOrder();
    } else {
      System.out.println("二叉排序树为空，不能遍历");
    }
  }
}

//创建Node结点
class Node {

  int value;
  Node left;
  Node right;

  public Node(int value) {

    this.value = value;
  }

  //查找要删除的结点

  /**
   * @param value 希望删除的结点的值
   * @return 如果找到返回该结点，否则返回null
   */
  public Node search(int value) {
    if (value == this.value) { //找到就是该结点
      return this;
    } else if (value < this.value) {//如果查找的值小于当前结点，向左子树递归查找
      //如果左子结点为空
      if (this.left == null) {
        return null;
      }
      return this.left.search(value);
    } else { //如果查找的值不小于当前结点，向右子树递归查找
      if (this.right == null) {
        return null;
      }
      return this.right.search(value);
    }

  }
  //查找要删除结点的父结点

  /**
   * @param value 要找到的结点的值
   * @return 返回的是要删除的结点的父结点，如果没有就返回null
   */
  public Node searchParent(int value) {
    //如果当前结点就是要删除的结点的父结点，就返回
    if ((this.left != null && this.left.value == value) ||
        (this.right != null && this.right.value == value)) {
      return this;
    } else {
      //如果查找的值小于当前结点的值, 并且当前结点的左子结点不为空
      if (value < this.value && this.left != null) {
        return this.left.searchParent(value); //向左子树递归查找
      } else if (value >= this.value && this.right != null) {
        return this.right.searchParent(value); //向右子树递归查找
      } else {
        return null; // 没有找到父结点
      }
    }

  }

  @Override
  public String toString() {
    return "Node [value=" + value + "]";
  }


  //添加结点的方法
  //递归的形式添加结点，注意需要满足二叉排序树的要求
  public void add(Node node) {
    if (node == null) {
      return;
    }

    //判断传入的结点的值，和当前子树的根结点的值关系
    if (node.value < this.value) {
      //如果当前结点左子结点为null
      if (this.left == null) {
        this.left = node;
      } else {
        //递归的向左子树添加
        this.left.add(node);
      }
    } else { //添加的结点的值大于 当前结点的值
      if (this.right == null) {
        this.right = node;
      } else {
        //递归的向右子树添加
        this.right.add(node);
      }

    }
  }

  //中序遍历
  public void infixOrder() {
    if (this.left != null) {
      this.left.infixOrder();
    }
    System.out.println(this);
    if (this.right != null) {
      this.right.infixOrder();
    }
  }
}
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