hello-algo/codes/csharp/chapter_tree/binary_search_tree.cs

/**
 * 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
    }

    /* 获取二叉树根节点 */
    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;
        // 将数组中间节点作为根节点
        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;
    }

    /* 查找节点 */
    public TreeNode? search(int num)
    {
        TreeNode? 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
            if (cur.val < num) cur = cur.right;
            // 目标节点在 cur 的左子树中
            else if (cur.val > num) cur = 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 */
    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，越过叶节点后跳出
        while (cur != null)
        {
            // 找到重复节点，直接返回
            if (cur.val == num) return null;
            pre = cur;
            // 插入位置在 cur 的右子树中
            if (cur.val < num) cur = cur.right;
            // 插入位置在 cur 的左子树中
            else cur = cur.left;
        }

        // 插入节点 val
        TreeNode node = new TreeNode(num);
        if (pre != null)
        {
            if (pre.val < num) pre.right = node;
            else pre.left = node;
        }
        return node;
    }


    /* 删除节点 */
    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，越过叶节点后跳出
        while (cur != null)
        {
            // 找到待删除节点，跳出循环
            if (cur.val == num) break;
            pre = cur;
            // 待删除节点在 cur 的右子树中
            if (cur.val < num) cur = cur.right;
            // 待删除节点在 cur 的左子树中
            else cur = cur.left;
        }
        // 若无待删除节点，则直接返回
        if (cur == null || pre == null) return null;
        // 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
            TreeNode? child = cur.left != null ? cur.left : cur.right;
            // 删除节点 cur
            if (pre.left == cur)
            {
                pre.left = child;
            }
            else
            {
                pre.right = child;
            }
        }
        // 子节点数量 = 2
        else
        {
            // 获取中序遍历中 cur 的下一个节点
            TreeNode? nex = getInOrderNext(cur.right);
            if (nex != null)
            {
                int tmp = nex.val;
                // 递归删除节点 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节点（仅适用于 root 有左子节点的情况） */
    private TreeNode? getInOrderNext(TreeNode? root)
    {
        if (root == null) return root;
        // 循环访问左子节点，直到叶节点时为最小节点，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());

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

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

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