前言 使用C#實現一個二叉樹及其基本操作, 配合xunit來做單元測試; 所以數據結構的定義和演算法均使用C#實現; 概念 二叉樹或為空樹, 或是由一個根結點加上兩棵分別稱為左子樹和右子樹的、互不交的二叉樹組成; 二叉樹的遍歷 二叉樹遍歷的遞歸演算法比較簡潔, 思路比較清晰, 但是非遞歸的版本, 個人覺 ...
前言
使用C#實現一個二叉樹及其基本操作, 配合xunit來做單元測試; 所以數據結構的定義和演算法均使用C#實現;
概念
二叉樹或為空樹, 或是由一個根結點加上兩棵分別稱為左子樹和右子樹的、互不交的二叉樹組成;
二叉樹的遍歷
二叉樹遍歷的遞歸演算法比較簡潔, 思路比較清晰, 但是非遞歸的版本, 個人覺得有點難度, 我最開始看的北大一個課程中的二叉樹的非遞歸演算法, 思路很巧妙, 但是不是那麼容易想到的, 後來我自己思考了一段時間, 實現了我自己版本的非遞歸遍歷演算法;
這裡我用xunit做的單元測試來驗證演算法, 測試代碼可能不是很規範...
數據結構的定義:
public class BinaryTree<T>
{
public T Value { get; set; }
public BinaryTree<T> Left { get; set; }
public BinaryTree<T> Right { get; set; }
public BinaryTree() : this(default, null, null)
{
}
public BinaryTree(
T value, BinaryTree<T> left = null,
BinaryTree<T> right = null)
{
Left = left;
Right = right;
Value = value;
}
...
}
前序遍歷
遞歸版本
/// <summary>
/// 先序遍歷
/// </summary>
/// <param name="node">樹根</param>
/// <param name="depth">樹的層樹</param>
/// <param name="action">委托, 期望對當前節點執行的操作</param>
protected static void PreOrderTraversal(
BinaryTree<T> node, int depth,
Action<BinaryTree<T>, int> action)
{
action.Invoke(node, depth);
if (node.Left != null)
PreOrderTraversal(node.Left, depth + 1, action);
if (node.Right != null)
PreOrderTraversal(node.Right, depth + 1, action);
}
測試代碼:
[Fact]
public void PreOrderTraversalTest()
{
StringBuilder sb = new StringBuilder();
string result = null;
foreach (var d in _data)
{
d.Item1.PreOrderTraversal(
(n, l) => sb.Append($"{n.Value} "));
result = sb.ToString().TrimEnd();
Assert.Equal<string>(result, d.Item2);
sb.Clear();
}
}
非遞歸版本
/// <summary>
/// 二叉樹前序遍歷非遞歸版本
/// </summary>
/// <param name="action">委托, 期望對當前節點執行的操作</param>
public void PreOrderTraversalWithoutRecusion2(
Action<BinaryTree<T>, int> action)
{
Stack<NodeWrapper> stack = new Stack<NodeWrapper>();
NodeWrapper wrapper = new NodeWrapper(this, true);
stack.Push(wrapper);
while(stack.Count > 0)
{
wrapper = stack.Pop();
action(wrapper.Node, 1);
if(wrapper.Node.Right != null)
stack.Push(new NodeWrapper(wrapper.Node.Right, true));
if((wrapper.Node.Left != null) && wrapper.FromLeft)
stack.Push(new NodeWrapper(wrapper.Node.Left, true));
else if(stack.Count > 0 && wrapper.Node.Right != null) stack.Peek().FromLeft = false;
}
}
測試代碼類似非遞歸版本, 這裡為了節省篇幅就不貼了;
中序遍歷
遞歸版本
/// <summary>
/// 中序遍歷
/// </summary>
/// <param name="node">樹根</param>
/// <param name="level">樹的層樹</param>
/// <param name="action">委托, 期望對當前節點執行的操作</param>
protected static void InOrderTraversal(
BinaryTree<T> node, int level,
Action<BinaryTree<T>, int> action)
{
if (node.Left != null)
InOrderTraversal(node.Left, level + 1, action);
action.Invoke(node, level);
if (node.Right != null)
InOrderTraversal(node.Right, level + 1, action);
}
測試代碼:
[Fact]
public void InOrderTraversalTest()
{
StringBuilder sb = new StringBuilder();
string result = null;
foreach (var d in _data)
{
d.Item1.InOrderTraversal(
(n, l) => sb.Append($"{n.Value} "));
result = sb.ToString().TrimEnd();
Assert.Equal<string>(result, d.Item3);
sb.Clear();
}
}
非遞歸版本
/// <summary>
/// 自定義類代替Tuple, 實現不遞歸的中序遍歷, 使用Tuple會導致性能問題
/// (當需要修改棧頂元素的成員變數時, 無法修改成員, 只能先出棧->重新創建對象->再入棧)!!!
/// </summary>
/// <param name="action"></param>
public void InOrderTraversalWithoutRecusion3(Action<BinaryTree<T>, int> action)
{
Stack<NodeWrapper> stack = new Stack<NodeWrapper>();
NodeWrapper wrapper = new NodeWrapper(this, true);
stack.Push(wrapper);
while (stack.Count > 0)
{
wrapper = stack.Pop();
if (wrapper.Node.Left != null && wrapper.FromLeft)
{
stack.Push(wrapper);
stack.Push(new NodeWrapper(wrapper.Node.Left, true));
}
else
{
action(wrapper.Node, 1); // 訪問節點
if (wrapper.Node.Right != null)
stack.Push(new NodeWrapper(wrapper.Node.Right, true));
else if (stack.Count > 0)
stack.Peek().FromLeft = false;
}
}
}
測試代碼類似非遞歸版本, 這裡為了節省篇幅就不貼了;
後序遍歷
遞歸版本
/// <summary>
/// 後序遍歷
/// </summary>
/// <param name="node">樹根</param>
/// <param name="level">樹的層樹</param>
/// <param name="action">委托, 期望對當前節點執行的操作</param>
protected static void PostOrderTraversal(
BinaryTree<T> node, int level,
Action<BinaryTree<T>, int> action)
{
if (node.Left != null)
PostOrderTraversal(node.Left, level + 1, action);
if (node.Right != null)
PostOrderTraversal(node.Right, level + 1, action);
action.Invoke(node, level);
}
測試代碼
[Fact]
public void PostOrderTraversalTest()
{
StringBuilder sb = new StringBuilder();
string result = null;
foreach (var d in _data)
{
d.Item1.PostOrderTraversal(
(n, l) => sb.Append($"{n.Value} "));
result = sb.ToString().TrimEnd();
Assert.Equal<string>(d.Item4, result);
sb.Clear();
}
}
非遞歸版本
/// <summary>
/// 二叉樹後序遍歷非遞歸版本
/// </summary>
/// <param name="action"></param>
public void PostOrderTraversalWithoutRecusion2(Action<BinaryTree<T>, int> action)
{
Stack<NodeWrapper> stack = new Stack<NodeWrapper>();
NodeWrapper wrapper = new NodeWrapper(this, false);
stack.Push(wrapper);
while (stack.Count > 0)
{
wrapper = stack.Pop();
if (wrapper.Node.Left != null && !wrapper.FromLeft)
{
stack.Push(wrapper);
stack.Push(new NodeWrapper(wrapper.Node.Left, false));
}
else
{
if(stack.Count > 0)
stack.Peek().FromLeft = true;
if (wrapper.Node.Right != null && !wrapper.FromRight)
{
wrapper.FromRight = true;
stack.Push(wrapper);
stack.Push(new NodeWrapper(wrapper.Node.Right, false));
}
else action(wrapper.Node, 1);
}
}
}
測試代碼類似非遞歸版本, 這裡為了節省篇幅就不貼了;