/**
 * File: binary_search_tree.cs
 * Created Time: 2022-12-23
 * Author: haptear (haptear@hotmail.com)
 */

using hello_algo.include;
using NUnit.Framework;

namespace hello_algo.chapter_tree
{
    class BinarySearchTree
    {
        TreeNode? root;

        public BinarySearchTree(int[] nums) {
            Array.Sort(nums); // 排序数组
            root = buildTree(nums, 0, nums.Length - 1);  // 构建二叉搜索树
        }

        /* 获取二叉树根结点 */
        public TreeNode? getRoot() {
            return root;
        }

        /* 构建二叉搜索树 */
        public 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 = new TreeNode(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;
        }

        /* 查找结点 */
        public TreeNode? search(int num)
        {
            TreeNode? cur = 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 */
        public TreeNode? insert(int num)
        {
            // 若树为空，直接提前返回
            if (root == null) return null;
            TreeNode? cur = 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 = new TreeNode(num);
            if (pre != null)
            {
                if (pre.val < num) pre.right = node;
                else pre.left = node;
            }
            return node;
        }


        /* 删除结点 */
        public TreeNode? remove(int num)
        {
            // 若树为空，直接提前返回
            if (root == null) return null;
            TreeNode? cur = 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 cur 的右子树中
                if (cur.val < num) cur = cur.right;
                // 待删除结点在 cur 的左子树中
                else cur = cur.left;
            }
            // 若无待删除结点，则直接返回
            if (cur == null || pre == 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 = null / 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);
                if (nex != null)
                {
                    int tmp = nex.val;
                    // 递归删除结点 nex
                    remove(nex.val);
                    // 将 nex 的值复制给 cur
                    cur.val = tmp;
                }
            }
            return cur;
        }

        /* 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） */
        private 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;
        }
    }

    public class binary_search_tree
    {
        [Test]
        public void Test()
        {
            /* 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 = new BinarySearchTree(nums);
            Console.WriteLine("\n初始化的二叉树为\n");
            PrintUtil.PrintTree(bst.getRoot());

            /* 查找结点 */
            TreeNode? node = bst.search(7);
            Console.WriteLine("\n查找到的结点对象为 " + node + "，结点值 = " + node.val);

            /* 插入结点 */
            node = bst.insert(16);
            Console.WriteLine("\n插入结点 16 后，二叉树为\n");
            PrintUtil.PrintTree(bst.getRoot());

            /* 删除结点 */
            bst.remove(1);
            Console.WriteLine("\n删除结点 1 后，二叉树为\n");
            PrintUtil.PrintTree(bst.getRoot());
            bst.remove(2);
            Console.WriteLine("\n删除结点 2 后，二叉树为\n");
            PrintUtil.PrintTree(bst.getRoot());
            bst.remove(4);
            Console.WriteLine("\n删除结点 4 后，二叉树为\n");
            PrintUtil.PrintTree(bst.getRoot());
        }
    }
}