二叉树C++实现数据结构实验

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <stack>
#include <queue>
using namespace std;
template<class T>
struct BiNode                               //二叉数节点
{T data;BiNode<T>* lchild, *rchild;};template<class T>                          //模板类
class BiTree
{
public:BiTree();                                //默认构造函数~BiTree();                              //析构函数BiNode<T>* GetRoot();                   //返回根节点void PreOrder(BiNode<T>* node);            //先序遍历void InOrder(BiNode<T>* node);          //中序遍历void PostOrder(BiNode<T>* node);        //后序遍历void LevelOrder(BiNode<T>* node);       //层次遍历//选做非递归实现void PreOrderNonRec(BiNode<T>* node);  //先void InOrderNonRec(BiNode<T>* node);   //中void PostOrderNonRec(BiNode<T>* node); //后//选做深度,节点数,叶子节点数,int NodesNum(BiNode<T>* node);            //节点数int TreeDepth(BiNode<T>* node);          //深度int LeafNum(BiNode<T>* node);         //叶子节点数//选做交换子树void SwapChild(BiNode<T>* node);       //交换子树private:BiNode<T>* m_root;                      //获取根节点BiNode<T>* Create();                   //创建二叉树
};template<class T>
BiTree<T>::BiTree()
{m_root = new BiNode<T>;m_root = Create();
}template<class T>
BiTree<T>::~BiTree(){}template<class T>
BiNode<T>* BiTree<T>::Create()              //1. 按先序序列构造一棵二叉链表表示的二叉树T；
{char ch=getchar();BiNode<T>* pnode;if (ch == ' ')pnode = NULL;else{pnode = new BiNode<T>;pnode->data = ch;pnode->lchild = Create();pnode->rchild = Create();}return pnode;
}template<class T>
BiNode<T>* BiTree<T>::GetRoot()
{return m_root;
}template<class T>
void BiTree<T>::PreOrder(BiNode<T>* node)
{if (!node)return;else{cout << node->data;PreOrder(node->lchild);PreOrder(node->rchild);}
}template<class T>
void BiTree<T>::InOrder(BiNode<T>* node)
{//前后定根，中序定左右if (!node)return;else{InOrder(node->lchild);cout << node->data;InOrder(node->rchild);}}template<class T>
void BiTree<T>::PostOrder(BiNode<T>* node)
{if (!node)return;else{PostOrder(node->lchild);PostOrder(node->rchild);cout << node->data;}}template<class T>
void BiTree<T>::LevelOrder(BiNode<T>* node)
{//层次遍历需要queue来实现，思路：//@1初始化queue//  if root为空 返回//@2 push(root)//@3 while(queue不为空)//     s <-- queue.front()//        queue.pop()//       输入s.data//      if(s的左子树不空)//           s的左子树入队//       if(s的右子树不空)//           s的右子树入队queue<BiNode<T>*> q;BiNode<T>* s = node;if (!s)return;q.push(s);while (!q.empty()){s = q.front();q.pop();cout << s->data;if (s->lchild)q.push(s->lchild);if (s->rchild)q.push(s->rchild);}
}//先序遍历非递归需要借助stack s来实现，模拟递归调用
//总的循环边界是当前节点不为空或者stack不空，
template<class T>
void BiTree<T>::PreOrderNonRec(BiNode<T>* node)
{stack<BiNode<T>*> s;BiNode<T>* p = node;while (p|| !s.empty()){/*@1.每次找当前的节点的左子节点直到左为空,经过的节点入栈,@2.然后弹出当前节点,搜索一次右节点,如果p为空并且s空则退出否则继续@1*/while (p)//这里执行VL{cout << p->data;//Vs.push(p);//访问过的加入栈p = p->lchild;//L}if (!s.empty())//这里执行R{p = s.top();s.pop();p = p->rchild;//R}}}template<class T>
void BiTree<T>::InOrderNonRec(BiNode<T>* node)
{//@1 在当前节点p非空时候，将p入栈s,p的左子树赋给p,保证左子树都能入栈// p为空时候，也就是左子树最左边访问到了，这时候在栈非空的时候//@2 取栈顶给p，输入p，出栈，这时候最底层的最左边节点访问了，将p的右子树赋给p，重复@1stack<BiNode<T>*> s;BiNode<T>* p = node;while (p|| !s.empty()){while (p)//这里执行L{s.push(p);p = p->lchild;}if (!s.empty())//这里执行VR{p = s.top();cout << p->data;s.pop();p = p->rchild;}}
}template<class T>
void BiTree<T>::PostOrderNonRec(BiNode<T>* node)
{//访问子节点的条件有两种//1.当前节点的左右节点都为空,可以直接访问//2.前一个被访问的节点是当前节点的子节点//这样就需要两个指针,一个指向当前一个指向前一个被访问的节点//然后保证入栈顺序是先右再左,(这里先压右再压左,这样左在上面,就先访问左)if (!node)return;stack<BiNode<T>*> s;s.push(node);BiNode<T>* pre = NULL;BiNode<T>* cur;while (!s.empty()){cur = s.top();if (!cur->lchild&& !cur->rchild ||(pre != NULL) && (pre == cur->lchild || pre == cur->rchild))//上一次访问的是当前节点的左子树{cout << cur->data;s.pop();pre = cur;//pre是前一个被访问的节点}else{if (cur->rchild)s.push(cur->rchild);if (cur->lchild)s.push(cur->lchild);}}}template<class T>
int BiTree<T>::LeafNum(BiNode<T>* node)
{//递归思路:找到叶子节点返回值加一,返回值计数//2种情况//1.节点为空,返回 0,传递回去//2.每当到达叶子节点,返回 1,传递给上一层函数if (!node)return 0;if (!node->lchild&&!node->rchild)return 1;return LeafNum(node->lchild) + LeafNum(node->rchild);
}template<class T>
int BiTree<T>::TreeDepth(BiNode<T>* node)
{/*递归思路:每个节点都有自己的左右子树,每次返回当前节点左右子树长度大的那个1.如果根节点为空，则深度为0，返回0，递归的出口2.否则深度至少为1，然后累加他们左右子树的深度，*/int LChildDep = 1, RChildDep = 1;if (!node)return 0;LChildDep += TreeDepth(node->lchild);//每次返回之前子树的长度RChildDep += TreeDepth(node->rchild);return (LChildDep>RChildDep) ? (LChildDep) : (RChildDep);}template<class T>
int BiTree<T>::NodesNum(BiNode<T>* node)
{//思路,递归遍历所有节点,如果不是空节点的话,递归返回值加1if (!node)return 0;return NodesNum(node->lchild) + NodesNum(node->rchild) + 1;}template<class T>
void BiTree<T>::SwapChild(BiNode<T>* node)
{//思路,交换所有节点的节点,每个节点走一遍if (node){swap(node->lchild, node->rchild);SwapChild(node->lchild);SwapChild(node->rchild);}
}/*样例输入:
ABC  DE G  F    ↙样例输出:
先序建立一棵二叉树,请输入节点的值:ABC  DE G  F
建立完毕.
先序:ABCDEGF
中序:CBEGDFA
后序:CGEFDBA
层序:ABCDEFG
选做题1:采用非递归算法实现二叉树遍历
先序:ABCDEGF
中序:CBEGDFA
后序:CGEFDBA
选做题2:求二叉树的深度/结点数目/叶结点数目
TreeDepth is 5
NodesNum is 7
LeafNum is 3
选做题3:将二叉树每个结点的左右子树交换位置。
交换完毕.
先序:ABDFEGC
中序:AFDGEBC
后序:FGEDCBA
层序:ABDCFEG
*/int main()
{cout << "先序建立一棵二叉树,请输入节点的值:";BiTree<char> bitree;cout << "建立完毕." << endl;cout << "先序:";bitree.PreOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "中序:";bitree.InOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "后序:";bitree.PostOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "层序:";bitree.LevelOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "选做题1:采用非递归算法实现二叉树遍历" << endl;cout << "先序:";bitree.PreOrderNonRec(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "中序:";bitree.InOrderNonRec(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "后序:";bitree.PostOrderNonRec(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "选做题2:求二叉树的深度/结点数目/叶结点数目" << endl;cout << "深度为    : " << bitree.TreeDepth(bitree.GetRoot()) << endl;cout << "结点数目  : " << bitree.NodesNum(bitree.GetRoot()) << endl;cout << "叶结点数目: " << bitree.LeafNum(bitree.GetRoot()) << endl;cout << "选做题3:将二叉树每个结点的左右子树交换位置。" << endl;bitree.SwapChild(bitree.GetRoot());cout << "交换完毕." << endl;cout << "先序:";bitree.PreOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "中序:";bitree.InOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "后序:";bitree.PostOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;cout << "层序:";bitree.LevelOrder(bitree.GetRoot());cout << endl;system("pause");
}

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