feat(tree): add go codes

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reanon 2023-01-15 21:49:22 +08:00
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@ -1,3 +1,4 @@
add_executable(avl_tree avl_tree.c)
add_executable(binary_search binary_tree.c) add_executable(binary_search binary_tree.c)
add_executable(binary_tree_bfs binary_tree_bfs.c) add_executable(binary_tree_bfs binary_tree_bfs.c)
add_executable(binary_tree_dfs binary_tree_dfs.c) add_executable(binary_tree_dfs binary_tree_dfs.c)

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@ -0,0 +1,260 @@
/**
* File: avl_tree.c
* Created Time: 2023-01-15
* Author: Reanon (793584285@qq.com)
*/
#include "../include/include.h"
/* AVL Tree */
struct avlTree {
TreeNode *root;
};
typedef struct avlTree avlTree;
/* 构建 AVL 树 */
avlTree *newAVLTree() {
avlTree *tree = (avlTree *) malloc(sizeof(avlTree));
tree->root = NULL;
return tree;
}
int height(TreeNode *node) {
// 空结点高度为 -1 ,叶结点高度为 0
if (node != NULL) {
return node->height;
}
return -1;
}
/* 更新结点高度 */
int updateHeight(TreeNode *node) {
int lh = height(node->left);
int rh = height(node->right);
// 结点高度等于最高子树高度 + 1
if (lh > rh) {
node->height = lh + 1;
} else {
node->height = rh + 1;
}
}
/* 获取平衡因子 */
int balanceFactor(TreeNode *node) {
// 空结点平衡因子为 0
if (node == NULL) {
return 0;
}
// 结点平衡因子 = 左子树高度 - 右子树高度
return height(node->left) - height(node->right);
}
/* 右旋操作 */
TreeNode *rightRotate(TreeNode *node) {
TreeNode *child, *grandChild;
child = node->left;
grandChild = child->right;
// 以 child 为原点,将 node 向右旋转
child->right = node;
node->left = grandChild;
// 更新结点高度
updateHeight(node);
updateHeight(child);
// 返回旋转后子树的根节点
return child;
}
/* 左旋操作 */
TreeNode *leftRotate(TreeNode *node) {
TreeNode *child, *grandChild;
child = node->right;
grandChild = child->left;
// 以 child 为原点,将 node 向左旋转
child->left = node;
node->right = grandChild;
// 更新结点高度
updateHeight(node);
updateHeight(child);
// 返回旋转后子树的根节点
return child;
}
/* 执行旋转操作,使该子树重新恢复平衡 */
TreeNode *rotate(TreeNode *node) {
// 获取结点 node 的平衡因子
int bf = balanceFactor(node);
// 左偏树
if (bf > 1) {
if (balanceFactor(node->left) >= 0) {
// 右旋
return rightRotate(node);
} else {
// 先左旋后右旋
node->left = leftRotate(node->left);
return rightRotate(node);
}
}
// 右偏树
if (bf < -1) {
if (balanceFactor(node->right) <= 0) {
// 左旋
return leftRotate(node);
} else {
// 先右旋后左旋
node->right = rightRotate(node->right);
return leftRotate(node);
}
}
// 平衡树,无需旋转,直接返回
return node;
}
/* 递归插入结点(辅助函数) */
TreeNode *insertHelper(TreeNode *node, int val) {
if (node == NULL) {
return newTreeNode(val);
}
/* 1. 查找插入位置,并插入结点 */
if (val < node->val) {
node->left = insertHelper(node->left, val);
} else if (val > node->val) {
node->right = insertHelper(node->right, val);
} else {
// 重复结点不插入,直接返回
return node;
}
// 更新结点高度
updateHeight(node);
/* 2. 执行旋转操作,使该子树重新恢复平衡 */
node = rotate(node);
// 返回子树的根节点
return node;
}
/* 插入结点 */
TreeNode *insert(avlTree *tree, int val) {
tree->root = insertHelper(tree->root, val);
return tree->root;
}
/* 获取中序遍历中的下一个结点(仅适用于 root 有左子结点的情况) */
TreeNode *getInOrderNext(TreeNode *node) {
if (node == NULL) {
return node;
}
// 循环访问左子结点,直到叶结点时为最小结点,跳出
while (node->left != NULL) {
node = node->left;
}
return node;
}
/* 递归删除结点(辅助函数) */
TreeNode *removeHelper(TreeNode *node, int val) {
TreeNode *child, *grandChild, *temp;
if (node == NULL) {
return NULL;
}
/* 1. 查找结点,并删除之 */
if (val < node->val) {
node->left = removeHelper(node->left, val);
} else if (val > node->val) {
node->right = removeHelper(node->right, val);
} else {
if (node->left == NULL || node->right == NULL) {
child = node->left;
if (node->right != NULL) {
child = node->right;
}
// 子结点数量 = 0 ,直接删除 node 并返回
if (child == NULL) {
return NULL;
} else {
// 子结点数量 = 1 ,直接删除 node
node = child;
}
} else {
// 子结点数量 = 2 ,则将中序遍历的下个结点删除,并用该结点替换当前结点
temp = getInOrderNext(node->right);
node->right = removeHelper(node->right, temp->val);
node->val = temp->val;
}
}
// 更新结点高度
updateHeight(node);
/* 2. 执行旋转操作,使该子树重新恢复平衡 */
node = rotate(node);
// 返回子树的根节点
return node;
}
/* 删除结点 */
TreeNode *removeNode(avlTree *tree, int val) {
TreeNode *root = removeHelper(tree->root, val);
return root;
}
/* 查找结点 */
TreeNode *search(avlTree *tree, int val) {
TreeNode *cur = tree->root;
// 循环查找,越过叶结点后跳出
while (cur != NULL) {
// 目标结点在 root 的右子树中
if (cur->val < val) {
cur = cur->right;
} else if (cur->val > val) {
// 目标结点在 root 的左子树中
cur = cur->left;
} else {
// 找到目标结点,跳出循环
break;
}
}
// 找到目标结点,跳出循环
return cur;
}
void testInsert(avlTree *tree, int val) {
insert(tree, val);
printf("\n插入结点 %d 后AVL 树为 \n", val);
printTree(tree->root);
}
void testRemove(avlTree *tree, int val) {
removeNode(tree, val);
printf("\n删除结点 %d 后AVL 树为 \n", val);
printTree(tree->root);
}
/* Driver Code */
int main() {
/* 初始化空 AVL 树 */
avlTree *tree = (avlTree *) newAVLTree();
/* 插入结点 */
// 请关注插入结点后AVL 树是如何保持平衡的
testInsert(tree, 1);
testInsert(tree, 2);
testInsert(tree, 3);
testInsert(tree, 4);
testInsert(tree, 5);
testInsert(tree, 8);
testInsert(tree, 7);
testInsert(tree, 9);
testInsert(tree, 10);
testInsert(tree, 6);
/* 插入重复结点 */
testInsert(tree, 7);
/* 删除结点 */
// 请关注删除结点后AVL 树是如何保持平衡的
testRemove(tree, 8); // 删除度为 0 的结点
testRemove(tree, 5); // 删除度为 1 的结点
testRemove(tree, 4); // 删除度为 2 的结点
/* 查询结点 */
TreeNode *node = search(tree, 7);
printf("\n查找到的结点对象结点值 = %d \n", node->val);
}

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@ -6,3 +6,166 @@
#include "../include/include.h" #include "../include/include.h"
/* 二叉搜索树 */
struct binarySearchTree {
TreeNode *root;
};
typedef struct binarySearchTree binarySearchTree;
int sortIntHelper(const void *a, const void *b) {
// 从小到大排序
return (*(int *) a - *(int *) b);
}
/* 构建二叉搜索树 */
TreeNode *buildTree(int nums[], int i, int j) {
if (i > j) {
return NULL;
}
// 将数组中间结点作为根结点
int mid = (i + j) / 2;
TreeNode *root = newTreeNode(nums[mid]);
// 递归建立左子树和右子树
root->left = buildTree(nums, i, mid - 1);
root->right = buildTree(nums, mid + 1, j);
return root;
}
binarySearchTree *newBinarySearchTree(int nums[], int size) {
binarySearchTree *bst = (binarySearchTree *) malloc(sizeof(binarySearchTree));
TreeNode *root;
// 从小到大排序数组
qsort(nums, size, sizeof(int), sortIntHelper);
// 构建二叉搜索树
root = buildTree(nums, 0, size - 1);
bst->root = root;
return bst;
}
/* 获取二叉树根结点 */
TreeNode *getRoot(binarySearchTree *bst) {
return bst->root;
}
/* 查找结点 */
TreeNode *search(binarySearchTree *bst, int num) {
TreeNode *cur = bst->root;
// 循环查找,越过叶结点后跳出
while (cur != NULL) {
// 目标结点在 root 的右子树中
if (cur->val < num) cur = cur->right;
// 目标结点在 root 的左子树中
else if (cur->val > num) cur = cur->left;
// 找到目标结点,跳出循环
else break;
}
// 返回目标结点
return cur;
}
/* 插入结点 */
TreeNode *insert(binarySearchTree *bst, int num) {
// 若树为空,直接提前返回
if (bst->root == NULL) return NULL;
TreeNode *cur = bst->root, *pre = NULL;
// 循环查找,越过叶结点后跳出
while (cur != NULL) {
// 找到重复结点,直接返回
if (cur->val == num) return NULL;
pre = cur;
// 插入位置在 root 的右子树中
if (cur->val < num) cur = cur->right;
// 插入位置在 root 的左子树中
else cur = cur->left;
}
// 插入结点 val
TreeNode *node = newTreeNode(num);
if (pre->val < num) pre->right = node;
else pre->left = node;
return node;
}
/* 获取中序遍历中的下一个结点(仅适用于 root 有左子结点的情况) */
TreeNode *getInOrderNext(TreeNode *root) {
if (root == NULL) return root;
// 循环访问左子结点,直到叶结点时为最小结点,跳出
while (root->left != NULL) {
root = root->left;
}
return root;
}
/* 删除结点 */
TreeNode *removeNode(binarySearchTree *bst, int num) {
// 若树为空,直接提前返回
if (bst->root == NULL) return NULL;
TreeNode *cur = bst->root, *pre = NULL;
// 循环查找,越过叶结点后跳出
while (cur != NULL) {
// 找到待删除结点,跳出循环
if (cur->val == num) break;
pre = cur;
// 待删除结点在 root 的右子树中
if (cur->val < num) cur = cur->right;
// 待删除结点在 root 的左子树中
else cur = cur->left;
}
// 若无待删除结点,则直接返回
if (cur == NULL) return NULL;
// 子结点数量 = 0 or 1
if (cur->left == NULL || cur->right == NULL) {
// 当子结点数量 = 0 / 1 时, child = nullptr / 该子结点
TreeNode *child = cur->left != NULL ? cur->left : cur->right;
// 删除结点 cur
if (pre->left == cur) pre->left = child;
else pre->right = child;
}
// 子结点数量 = 2
else {
// 获取中序遍历中 cur 的下一个结点
TreeNode *nex = getInOrderNext(cur->right);
int tmp = nex->val;
// 递归删除结点 nex
removeNode(bst, nex->val);
// 将 nex 的值复制给 cur
cur->val = tmp;
}
return cur;
}
/* Driver Code */
int main() {
/* 初始化二叉搜索树 */
int nums[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15};
binarySearchTree *bst = newBinarySearchTree(nums, sizeof(nums) / sizeof(int));
printf("初始化的二叉树为\n");
printTree(getRoot(bst));
/* 查找结点 */
TreeNode *node = search(bst, 7);
printf("查找到的结点对象的结点值 = %d\n", node->val);
/* 插入结点 */
insert(bst, 16);
printf("插入结点 16 后,二叉树为\n");
printTree(getRoot(bst));
/* 删除结点 */
removeNode(bst, 1);
printf("删除结点 1 后,二叉树为\n");
printTree(getRoot(bst));
removeNode(bst, 2);
printf("删除结点 2 后,二叉树为\n");
printTree(getRoot(bst));
removeNode(bst, 4);
printf("删除结点 4 后,二叉树为\n");
printTree(getRoot(bst));
// 释放内存
free(bst);
return 0;
}