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)
 */

namespace hello_algo.chapter_tree;

class BinarySearchTree {
    TreeNode? root;

    public BinarySearchTree() {
        // 初始化空树
        root = null;
    }

    /* 获取二叉树根节点 */
    public TreeNode? GetRoot() {
        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 void Insert(int num) {
        // 若树为空，则初始化根节点
        if (root == null) {
            root = new TreeNode(num);
            return;
        }
        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;
            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
        TreeNode node = new(num);
        if (pre != null) {
            if (pre.val < num)
                pre.right = node;
            else
                pre.left = node;
        }
    }


    /* 删除节点 */
    public void Remove(int num) {
        // 若树为空，直接提前返回
        if (root == null)
            return;
        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)
            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
            TreeNode? child = cur.left ?? 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
            TreeNode? tmp = cur.right;
            while (tmp.left != null) {
                tmp = tmp.left;
            }
            // 递归删除节点 tmp
            Remove(tmp.val!.Value);
            // 用 tmp 覆盖 cur
            cur.val = tmp.val;
        }
    }
}

public class binary_search_tree {
    [Test]
    public void Test() {
        /* 初始化二叉搜索树 */
        BinarySearchTree bst = new();
        // 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
        int[] nums = [8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15];
        foreach (int num in nums) {
            bst.Insert(num);
        }

        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 */
        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());
    }
}