1.2 Двоичное дерево
Дерево — это совокупность элементов, называемых узлами (при этом один из них определен как корень), и отношений (родительский–дочерний), образующих иерархическую структуру узлов. Узлы могут являться величинами любого простого или структурированного типа, за исключением файлового. Узлы, которые не имеют ни одного последующего узла, называются листьями.
В двоичном (бинарном) дереве каждый узел может быть связан не более чем двумя другими узлами. Рекурсивно двоичное дерево определяется так: двоичное дерево бывает либо пустым (не содержит ни одного узла), либо содержит узел, называемый корнем, а также два независимых поддерева — левое поддерево и правое поддерево.
Двоичное дерево поиска может быть либо пустым, либо оно обладает таким свойством, что корневой элемент имеет большее значение узла, чем любой элемент в левом поддереве, и меньшее или равное, чем элементы в правом поддереве. Указанное свойство называется характеристическим свойством двоичного дерева поиска и выполняется для любого узла такого дерева, включая корень.
Представим себе генеалогическое дерево, корень которого - имя человека, на следующем уровне - имена его родителей, еще на следующем - имена родителей и их родителей и т.д. Такая структура называется двоичным деревом, рис. 1.36.
Рис. 1.36. Структура типа «двоичное дерево»; пара ближайших по горизонтали кружков -мужское и женское имя.
Выделим типовые операции над двоичными деревьями поиска:
добавление элемента в дерево;
удаление элемента из дерева;
обход дерева (для печати элементов и т.д.);
поиск в дереве.
Поскольку определение двоичного дерева рекурсивно, то все указанные типовые операции могут быть реализованы в виде рекурсивных подпрограмм (на практике именно такой вариант чаще всего и применяется). Отметим лишь, что использование рекурсии замедляет работу программы и расходует лишнюю память при её выполнении.
Покажем два варианта добавления элемента в дерево: итеративный и рекурсивный.
{Итеративный вариант добавления элемента в дерево, Turbo Pascal}
Procedure InsIteration(Var T : U; X : BT);
Var vsp, A : U;
Begin
New(A); A^.Inf := X; A^.L:=Nil; A^.R := Nil;
If T=Nil Then T:=A
Else Begin vsp := T;
While vsp <> Nil Do
If A^.Inf < vsp^.Inf
Then
If vsp^.L=Nil Then Begin vsp^.L:=A; vsp:=A^.L End Else vsp:=vsp^.L
Else
If vsp^.R = Nil Then Begin vsp^.R := A; vsp:=A^.R End Else vsp := vsp^.R;
End
End;
{Рекурсивный вариант добавления элемента в дерево, Turbo Pascal}
Procedure InsRec(Var Tree : U; x : BT);
Begin
If Tree = Nil
Then Begin
New(Tree);
Tree^.L := Nil;
Tree^.R := Nil;
Tree^.Inf := x
End
Else If x < Tree^.inf
Then InsRec(Tree^.L, x)
Else InsRec(Tree^.R, x)
End;
Существует несколько способов обхода (прохождения) всех узлов дерева. Три наиболее часто используемых из них называются обход в прямом (префиксном) порядке, обход в обратном (постфиксном) порядке и обход во внутреннем порядке (или симметричный обход). Каждый из обходов реализуется с использованием рекурсии.