前端: JavaScript 中的二叉树算法实现
接下来让我们一起来探讨js数据结构中的树。这里的树类比现实生活中的树，有树干，树枝，在程序中树是一种数据结构，对于存储需要快速查找的数据非有用，它是一种分层数据的抽象模型。一个树结构包含一系列存在父子关系的节点。每个节点都有一个父节点以及零个或多个子节点。如下所以为一个树结构：）
和树相关的概念：1. 子树：由节点和他的后代构成，如上图标示处。2. 深度：节点的深度取决于它祖节点的数量，比如节点5有2个祖节点，他的深度为2。3. 高度：树的高度取决于所有节点深度的最大值。
二叉树和二叉搜索树介绍
1. 创建BinarySearchTree类
function BinarySearchTree(){
// 用于创建节点的类
let Node = function(key) {
this.key = key;
this.left = null;
this.right = null;
}
// 根节点
let root = null;
}
我们将使用和链表类似的指针方式去表示节点之间的关系，如果不了解链表，请看我后序的文章《如何实现单向链表和双向链表》。
2.插入一个键
// 插入一个键
this.insert = function(key) {
let newNode = new Node(key);
root === null ? (root = newNode) : (insertNode(root, newNode))
}
向树中插入一个新的节点主要有以下三部分：1.创建新节点的Node类实例 --> 2.判断插入操作是否为根节点,是根节点就将其指向根节点 --> 3.将节点加入非根节点的其他位置。
insertNode的具体实现如下：
function insertNode(node, newNode){
if(newNode.key < node.key) {
node.left === null ? (node.left = newNode) : (insertNode(node.left, newNode))
}else {
node.right === null ? (node.right = newNode) : (insertNode(node.right, newNode))
}
}
这里我们用到递归，接下来要实现的search，del等都会大量使用递归，所以说不了解的可以先自行学习了解。我们创建一个二叉树实例，来插入一个键：
let tree = new BinarySearchTree();
tree.insert(20);
tree.insert(21);
tree.insert(520);
tree.insert(521);
树的遍历
-
中序遍历：以从最小到最大的顺序访问所有节点 -
先序遍历：以优先于后代节点的顺序访问每个节点 -
后序遍历：先访问节点的后代节点再访问节点本身
-
中序排序
this.inOrderTraverse = function(cb){
inOrderTraverseNode(root, cb);
}
// 辅助函数
function inOrderTraverseNode(node, cb){
if(node !== null){
inOrderTraverseNode(node.left, cb);
cb(node.key);
inOrderTraverseNode(node.right, cb);
}
}
-
先序排序
// 先序排序 --- 优先于后代节点的顺序访问每个节点
this.preOrderTraverse = function(cb) {
preOrderTraverseNode(root, cb);
}
// 先序排序辅助方法
function preOrderTraverseNode(node, cb) {
if(node !== null) {
cb(node.key);
preOrderTraverseNode(node.left, cb);
preOrderTraverseNode(node.right, cb);
}
}
-
后序排序
// 后续遍历 --- 先访问后代节点，再访问节点本身
this.postOrderTraverse = function(cb) {
postOrderTraverseNode(root, cb);
}
// 后续遍历辅助方法
function postOrderTraverseNode(node, cb) {
if(node !== null){
postOrderTraverseNode(node.left, cb);
postOrderTraverseNode(node.right, cb);
cb(node.key);
}
}
搜索树中的值
-
最小值
// 最小值
this.min = function(){
return minNode(root)
}
function minNode(node) {
if(node) {
while(node && node.left !== null){
node = node.left;
}
return node.key
}
return null
}
// 最大值
this.max = function() {
return maxNode(root)
}
function maxNode(node) {
if(node){
while(node && node.right !== null){
node = node.right;
}
return node.key
}
return null
}
// 搜索树中某个值
this.search = function(key) {
return searchNode(root, key)
}
// 搜索辅助方法
function searchNode(node, key){
if(node === null) {
return false
}
if(key < node.key) {
return searchNode(node.left, key)
} else if(key > node.key) {
return searchNode(node.right, key)
}else {
return true
}
}
-
移除一个节点
this.remove = function(key){
root = removeNode(root, key);
}
// 发现最小节点
function findMinNode(node) {
if(node) {
while(node && node.left !== null){
node = node.left;
}
return node
}
return null
}
// 移除节点辅助方法
function removeNode(node, key) {
if(node === null) {
return null
}
if(key < node.key){
node.left = removeNode(node.left, key);
return node
} else if( key > node.key){
node.right = removeNode(node.right, key);
return node
} else {
// 一个页节点
if(node.left === null && node.right === null) {
node = null;
return node
}
// 只有一个子节点的节点
if(node.left === null) {
node = node.right;
return node
}else if(node.right === null) {
node = node.left;
return node
}
// 有两个子节点的节点
let aux = findMinNode(node.right);
node.key = aux.key;
node.right = removeNode(node.right, aux.key);
return node
}
}
删除节点需要考虑的情况比较多，这里我们会使用和min类似的实现去写一个发现最小节点的函数，当要删除的节点有两个子节点时，我们要将当前要删除的节点替换为子节点中最大的一个节点的值，然后将这个子节点删除。
至此，一个二叉搜索树已经实现，但是还存在一个问题，如果树的一遍非常深，将会存在一定的性能问题，为了解决这个问题，我们可以利用AVL树，一种自平衡二叉树，也就是说任何一个节点的左右两侧子树的高度之差最多为1。
如果想学习更多js算法和数据结构，可以继续观看哦~
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