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确定 Java 中二叉搜索树的高度

作者:迹忆客 最近更新:2023/08/10 浏览次数:

在这篇深入的文章中,我们将在实现递归搜索程序以确定 Java 程序中树的高度之前学习二叉搜索树的基础知识。 要理解本文,我们建议大家对树的数据结构概念有基本的了解。


二叉搜索树

让我们保持简单。 我们不会用冗长的理论概念让您感到厌烦。 但是,以下是您应该熟悉的核心概念:

  1. 对分层数据结构的根节点的单个引用。
  2. 每个节点最多存在两个子节点(左子节点和右子节点)。
  3. 二分查找功能组织节点:
  • 每个节点根据关键数据字段排序。
  • 树中每个节点的键都大于其左子节点的键,并且必须小于其右子节点的键。
  • 图:二叉搜索树:

BST演示


二叉搜索树的应用

让我们保持简单。 我们不会用冗长的理论概念让您感到厌烦。

但是,以下是您应该熟悉的核心概念:

  1. 您还可以使用 BST,其中数据流和结构不断进入或离开,例如大多数编程语言(包括 Java)中的 map 和 set 方法。
  2. 我们还可以在三维视频游戏中使用 BST 来确定物体的位置和渲染过程。 阅读有关使用 BST 进行空间分区的更多信息:二进制空间分区。
  3. 如果我们主要讨论网络,我们几乎可以在每个高带宽路由器中使用这些树来存储路由器表;
  4. 如果您对种子和图像签名的独特生成感兴趣。 假设您要验证哈希需求,但整个文件不可用。

这也是您可以利用 BST 的地方。

简而言之,我们可以在各种应用程序中使用二叉搜索树,因为它们能够帮助排列我们想要的数据。 我们可以使用二叉搜索树进行多级索引。

此外,我们还可以使用它们来实现不同的搜索算法。 因为 BST 可以帮助保持数据流的排序。


确定二叉搜索树的高度

如果您遵循以下简单步骤,确定二叉搜索树的高度并不是一件困难的任务:

从根到叶节点的最长路径的长度决定了二叉树的高度。 它也称为二叉树的深度。

根的高度等于树的高度。

节点的深度是到其根的路径的长度。

要计算树的高度,我们必须计算根和最远叶子之间的边数。

树高

正如您在上图中看到的,根和最远叶子之间的边数为 3。因此,树的高度也是 3。

在二叉搜索树中搜索特定键

您可以递归或迭代地在二叉搜索树中搜索特定键。 这两种方法都是各种数据结构操作的流行选择。

如果我们谈论递归搜索方法,搜索过程从检查根节点开始。 就此而言,假设树为零,那么所寻找的键在树中不存在。

如果搜索成功,则返回key与根匹配的节点。 然而,假设键小于根,则程序搜索移动到左子树。

查找二叉搜索树高度的递归步骤

需要注意的是,如果树是空的,那么它的高度就是0。相反,你需要从顶部节点开始向下。

假设我们想递归地确定左子树的最大深度。 这两者的最大深度就是二叉树(左右子树)的高度。

查看以下伪代码。

BinarySearchTree(a, k)
   if a = NIL or k = a.key then
     return a
   if k < a.key then
     return Tree-Search(a.L, k)
   else
     return Tree-Search(a.R, k)
   end if

让我们递归地实现我们的程序来搜索 BST 内的高度。

例子:

package heightofbinarysearchBSTree.jiyil;
//Java program to find the height of BSTree
//A binary BSTree BSTreeNode
public class DetHeight
{
    int BSTreedata;
    DetHeight BSTreeNodeLeft, BSTreeNoderight;
    DetHeight(int i)
    {
        BSTreedata = i;
        BSTreeNodeLeft = BSTreeNoderight = null;
    }
}
class BST
{
    DetHeight BSTreeroot;
    /* Compute the "MaximumHeight" of a BSTree -- the number of
    BSTreeNodes along the longest path from the BSTreeroot BSTreeNode
    down to the farthest leaf BSTreeNode.*/
    int MaximumHeight(DetHeight BSTreeNode)
    {
        if (BSTreeNode == null)
            return -1;
        else
        {
            /* compute the depth of each subBSTree */
            int LeftHeight = MaximumHeight(BSTreeNode.BSTreeNodeLeft);
            int Rightheight = MaximumHeight(BSTreeNode.BSTreeNoderight);

            /* use the larger one */
            if (LeftHeight > Rightheight)
                return (LeftHeight + 1);
            else
                return (Rightheight + 1);
        }
    }
    /* Driver program to test above functions */
    public static void main(String[] args)
    {
        BST BSTree = new BST();
        BSTree.BSTreeroot = new DetHeight(12);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNodeLeft = new DetHeight(25);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNoderight = new DetHeight(35);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNodeLeft.BSTreeNodeLeft = new DetHeight(47);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNodeLeft.BSTreeNoderight = new DetHeight(26);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNoderight.BSTreeNodeLeft = new DetHeight(29);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNoderight.BSTreeNoderight = new DetHeight(53);
        BSTree.BSTreeroot.BSTreeNoderight.BSTreeNodeLeft.BSTreeNoderight = new DetHeight(31);
        System.out.println("Height of BSTree is : " +
                                    BSTree.MaximumHeight(BSTree.BSTreeroot));
    }
}

输出:

The height of this tree : 3

搜索程序的复杂性

在这种特殊情况下,它是线性的,因为我们在保持高度的同时递归地遍历二叉树的所有节点。 因此,时间复杂度为O(N),其中N是树中的节点数。

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