hello-algo/codes/kotlin/chapter_tree/binary_search_tree.kt

/**
 * File: binary_search_tree.kt
 * Created Time: 2024-01-25
 * Author: curtishd (1023632660@qq.com)
 */

package chapter_tree

import utils.TreeNode
import utils.printTree

/* 二叉搜索树 */
class BinarySearchTree {
    // 初始化空树
    private var root: TreeNode? = null

    /* 获取二叉树根节点 */
    fun getRoot(): TreeNode? {
        return root
    }

    /* 查找节点 */
    fun search(num: Int): TreeNode? {
        var cur = root
        // 循环查找，越过叶节点后跳出
        while (cur != null) {
            // 目标节点在 cur 的右子树中
            cur = if (cur.value < num)
                cur.right
            // 目标节点在 cur 的左子树中
            else if (cur.value > num)
                cur.left
            // 找到目标节点，跳出循环
            else
                break
        }
        // 返回目标节点
        return cur
    }

    /* 插入节点 */
    fun insert(num: Int) {
        // 若树为空，则初始化根节点
        if (root == null) {
            root = TreeNode(num)
            return
        }
        var cur = root
        var pre: TreeNode? = null
        // 循环查找，越过叶节点后跳出
        while (cur != null) {
            // 找到重复节点，直接返回
            if (cur.value == num)
                return
            pre = cur
            // 插入位置在 cur 的右子树中
            cur = if (cur.value < num)
                cur.right
            // 插入位置在 cur 的左子树中
            else
                cur.left
        }
        // 插入节点
        val node = TreeNode(num)
        if (pre?.value!! < num)
            pre.right = node
        else
            pre.left = node
    }

    /* 删除节点 */
    fun remove(num: Int) {
        // 若树为空，直接提前返回
        if (root == null)
            return
        var cur = root
        var pre: TreeNode? = null
        // 循环查找，越过叶节点后跳出
        while (cur != null) {
            // 找到待删除节点，跳出循环
            if (cur.value == num)
                break
            pre = cur
            // 待删除节点在 cur 的右子树中
            cur = if (cur.value < num)
                cur.right
            // 待删除节点在 cur 的左子树中
            else
                cur.left
        }
        // 若无待删除节点，则直接返回
        if (cur == null)
            return
        // 子节点数量 = 0 or 1
        if (cur.left == null || cur.right == null) {
            // 当子节点数量 = 0 / 1 时， child = null / 该子节点
            val child = if (cur.left != null)
                cur.left
            else
                cur.right
            // 删除节点 cur
            if (cur != root) {
                if (pre!!.left == cur)
                    pre.left = child
                else
                    pre.right = child
            } else {
                // 若删除节点为根节点，则重新指定根节点
                root = child
            }
            // 子节点数量 = 2
        } else {
            // 获取中序遍历中 cur 的下一个节点
            var tmp = cur.right
            while (tmp!!.left != null) {
                tmp = tmp.left
            }
            // 递归删除节点 tmp
            remove(tmp.value)
            // 用 tmp 覆盖 cur
            cur.value = tmp.value
        }
    }
}

/* Driver Code */
fun main() {
    /* 初始化二叉搜索树 */
    val bst = BinarySearchTree()
    // 请注意，不同的插入顺序会生成不同的二叉树，该序列可以生成一个完美二叉树
    val nums = intArrayOf(8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15)
    for (num in nums) {
        bst.insert(num)
    }
    println("\n初始化的二叉树为\n")
    printTree(bst.getRoot())

    /* 查找节点 */
    val node = bst.search(7)
    println("查找到的节点对象为 $node，节点值 = ${node?.value}")

    /* 插入节点 */
    bst.insert(16)
    println("\n插入节点 16 后，二叉树为\n")
    printTree(bst.getRoot())

    /* 删除节点 */
    bst.remove(1)
    println("\n删除节点 1 后，二叉树为\n")
    printTree(bst.getRoot())
    bst.remove(2)
    println("\n删除节点 2 后，二叉树为\n")
    printTree(bst.getRoot())
    bst.remove(4)
    println("\n删除节点 4 后，二叉树为\n")
    printTree(bst.getRoot())
}