hello-algo/zh-hant/codes/dart/chapter_tree/binary_search_tree.dart

/**
 * File: binary_search_tree.dart
 * Created Time: 2023-04-04
 * Author: liuyuxin (gvenusleo@gmail.com)
 */

import '../utils/print_util.dart';
import '../utils/tree_node.dart';

/* 二元搜尋樹 */
class BinarySearchTree {
  late TreeNode? _root;

  /* 建構子 */
  BinarySearchTree() {
    // 初始化空樹
    _root = null;
  }

  /* 獲取二元樹的根節點 */
  TreeNode? getRoot() {
    return _root;
  }

  /* 查詢節點 */
  TreeNode? search(int _num) {
    TreeNode? cur = _root;
    // 迴圈查詢，越過葉節點後跳出
    while (cur != null) {
      // 目標節點在 cur 的右子樹中
      if (cur.val < _num)
        cur = cur.right;
      // 目標節點在 cur 的左子樹中
      else if (cur.val > _num)
        cur = cur.left;
      // 找到目標節點，跳出迴圈
      else
        break;
    }
    // 返回目標節點
    return cur;
  }

  /* 插入節點 */
  void insert(int _num) {
    // 若樹為空，則初始化根節點
    if (_root == null) {
      _root = TreeNode(_num);
      return;
    }
    TreeNode? cur = _root;
    TreeNode? pre = null;
    // 迴圈查詢，越過葉節點後跳出
    while (cur != null) {
      // 找到重複節點，直接返回
      if (cur.val == _num) return;
      pre = cur;
      // 插入位置在 cur 的右子樹中
      if (cur.val < _num)
        cur = cur.right;
      // 插入位置在 cur 的左子樹中
      else
        cur = cur.left;
    }
    // 插入節點
    TreeNode? node = TreeNode(_num);
    if (pre!.val < _num)
      pre.right = node;
    else
      pre.left = node;
  }

  /* 刪除節點 */
  void remove(int _num) {
    // 若樹為空，直接提前返回
    if (_root == null) return;
    TreeNode? cur = _root;
    TreeNode? pre = null;
    // 迴圈查詢，越過葉節點後跳出
    while (cur != null) {
      // 找到待刪除節點，跳出迴圈
      if (cur.val == _num) break;
      pre = cur;
      // 待刪除節點在 cur 的右子樹中
      if (cur.val < _num)
        cur = cur.right;
      // 待刪除節點在 cur 的左子樹中
      else
        cur = cur.left;
    }
    // 若無待刪除節點，直接返回
    if (cur == null) return;
    // 子節點數量 = 0 or 1
    if (cur.left == null || cur.right == null) {
      // 當子節點數量 = 0 / 1 時， child = null / 該子節點
      TreeNode? child = cur.left ?? cur.right;
      // 刪除節點 cur
      if (cur != _root) {
        if (pre!.left == cur)
          pre.left = child;
        else
          pre.right = child;
      } else {
        // 若刪除節點為根節點，則重新指定根節點
        _root = child;
      }
    } else {
      // 子節點數量 = 2
      // 獲取中序走訪中 cur 的下一個節點
      TreeNode? tmp = cur.right;
      while (tmp!.left != null) {
        tmp = tmp.left;
      }
      // 遞迴刪除節點 tmp
      remove(tmp.val);
      // 用 tmp 覆蓋 cur
      cur.val = tmp.val;
    }
  }
}

/* Driver Code */
void main() {
  /* 初始化二元搜尋樹 */
  BinarySearchTree bst = BinarySearchTree();
  // 請注意，不同的插入順序會生成不同的二元樹，該序列可以生成一個完美二元樹
  List<int> nums = [8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15];
  for (int _num in nums) {
    bst.insert(_num);
  }
  print("\n初始化的二元樹為\n");
  printTree(bst.getRoot());

  /* 查詢節點 */
  TreeNode? node = bst.search(7);
  print("\n查詢到的節點物件為 $node ，節點值 = ${node?.val}");

  /* 插入節點 */
  bst.insert(16);
  print("\n插入節點 16 後，二元樹為\n");
  printTree(bst.getRoot());

  /* 刪除節點 */
  bst.remove(1);
  print("\n刪除節點 1 後，二元樹為\n");
  printTree(bst.getRoot());
  bst.remove(2);
  print("\n刪除節點 2 後，二元樹為\n");
  printTree(bst.getRoot());
  bst.remove(4);
  print("\n刪除節點 4 後，二元樹為\n");
  printTree(bst.getRoot());
}