实验四 图的遍历算法
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一、软件背景介绍树的遍历(Traversal)是指沿着某条搜索路线,依次对树中每个结点均做一次且仅做一次访问。
访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题。
遍历是二叉树上最重要的运算之一,是二叉树上进行其它运算的基础。
从二叉树的递归定义可知,一棵非空的二叉树由根结点及左、右子树这三个基本部分组成。
因此,在任一给定结点上,可以按某种次序执行三个操作:⑴访问结点本身(N),⑵遍历该结点的左子树(L),⑶遍历该结点的右子树(R)。
所以二叉树的遍历也包括三种:先序遍历,中序遍历,和后序遍历。
图1:程序显示结果二、核心算法思想二叉树的存储:在内存中为数组binary分配一个大小为63(0,0,0)的存储空间,所有数组元素初始化为0,用来存放二叉树。
每三个连续的数组地址存放一个节点:第一个地址存放节点的值;第二个地址存放有无左孩子的信息,如果有则将其置为1,否则为0;第三个地址存放有无右孩子的信息,如果有则将其置为1,否则为0。
将binary的首址偏移赋给si,cx初始化为0用来计数,用回车代表输入的为空,即没有输入。
按先根存储的方式来存二叉树,首先输入一个字符,若为回车则退出程序,否则cx+3且调用函数root。
然后该结点若有左孩子,调用leftchild函数,置该结点标志即第二个地址中的0为1,该结点进栈,再存储左孩子结点,递归调用左右,若没有左孩子,看有没有右孩子,若有,则调用rightchild置该结点标志位即上第三个地址中的0为1,然后该结点进栈,再存储右孩子结点,递归调用左右,整个用cx计数,数组binary中每多一个节点,cx加3。
此存储方式正好符合先序遍历思想。
遍历二叉树的执行踪迹:三种递归遍历算法的搜索路线相同,具体线路为:从根结点出发,逆时针沿着二叉树外缘移动,对每个结点均途径三次,最后回到根结点。
二叉树的遍历有常用的三种方法,分别是:先根次序、中根次序、后根次序。
为了验证这几种遍历算法的区别,本次的实验将会实现所有的算法。
实验5:二叉树的建立及遍历(第十三周星期三7、8节)一、实验目的1.学会实现二叉树结点结构和对二叉树的基本操作。
2.掌握对二叉树每种操作的具体实现,学会利用递归方法编写对二叉树这种递归数据结构进行处理的算法。
二、实验要求1.认真阅读和掌握和本实验相关的教材内容。
2.编写完整程序完成下面的实验内容并上机运行。
3.整理并上交实验报告。
三、实验内容1.编写程序任意输入二叉树的结点个数和结点值,构造一棵二叉树,采用三种递归遍历算法(前序、中序、后序)对这棵二叉树进行遍历并计算出二叉树的高度。
2 .编写程序生成下面所示的二叉树,并采用中序遍历的非递归算法对此二叉树进行遍历。
四、思考与提高1.如何计算二叉链表存储的二叉树中度数为1的结点数?2.已知有—棵以二叉链表存储的二叉树,root指向根结点,p指向二叉树中任一结点,如何求从根结点到p所指结点之间的路径?/*----------------------------------------* 05-1_递归遍历二叉树.cpp -- 递归遍历二叉树的相关操作* 对递归遍历二叉树的每个基本操作都用单独的函数来实现* 水上飘2009年写----------------------------------------*/// ds05.cpp : Defines the entry point for the console application.//#include "stdafx.h"#include <iostream>typedef char ElemType;using namespace std;typedef struct BiTNode {ElemType data;//左右孩子指针BiTNode *lchild, *rchild;}BiTNode, *BiTree;//动态输入字符按先序创建二叉树void CreateBiTree(BiTree &T) {char ch;ch = cin.get();if(ch == ' ') {T = NULL;}else {if(ch == '\n') {cout << "输入未结束前不要输入回车,""要结束分支请输入空格!" << endl;}else {//生成根结点T = (BiTNode * )malloc(sizeof(BiTNode));if(!T)cout << "内存分配失败!" << endl;T->data = ch;//构造左子树CreateBiTree(T->lchild);//构造右子树CreateBiTree(T->rchild);}}}//输出e的值ElemType PrintElement(ElemType e) { cout << e << " ";return e;}//先序遍历void PreOrderTraverse(BiTree T) { if (T != NULL) {//打印结点的值PrintElement(T->data);//遍历左孩子PreOrderTraverse(T->lchild);//遍历右孩子PreOrderTraverse(T->rchild);}}//中序遍历void InOrderTraverse(BiTree T) {if (T != NULL) {//遍历左孩子InOrderTraverse(T->lchild);//打印结点的值PrintElement(T->data);//遍历右孩子InOrderTraverse(T->rchild);}}//后序遍历void PostOrderTraverse(BiTree T) { if (T != NULL) {//遍历左孩子PostOrderTraverse(T->lchild);//遍历右孩子PostOrderTraverse(T->rchild);//打印结点的值PrintElement(T->data);}}//按任一种遍历次序输出二叉树中的所有结点void TraverseBiTree(BiTree T, int mark) {if(mark == 1) {//先序遍历PreOrderTraverse(T);cout << endl;}else if(mark == 2) {//中序遍历InOrderTraverse(T);cout << endl;}else if(mark == 3) {//后序遍历PostOrderTraverse(T);cout << endl;}else cout << "选择遍历结束!" << endl;}//输入值并执行选择遍历函数void ChoiceMark(BiTree T) {int mark = 1;cout << "请输入,先序遍历为1,中序为2,后序为3,跳过此操作为0:";cin >> mark;if(mark > 0 && mark < 4) {TraverseBiTree(T, mark);ChoiceMark(T);}else cout << "此操作已跳过!" << endl;}//求二叉树的深度int BiTreeDepth(BiTNode *T) {if (T == NULL) {//对于空树,返回0并结束递归return 0;}else {//计算左子树的深度int dep1 = BiTreeDepth(T->lchild);//计算右子树的深度int dep2 = BiTreeDepth(T->rchild);//返回树的深度if(dep1 > dep2)return dep1 + 1;elsereturn dep2 + 1;}}int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){BiTNode *bt;bt = NULL; //将树根指针置空cout << "输入规则:" << endl<< "要生成新结点,输入一个字符,""不要生成新结点的左孩子,输入一个空格,""左右孩子都不要,输入两个空格,""要结束,输入多个空格(越多越好),再回车!"<< endl << "按先序输入:";CreateBiTree(bt);cout << "树的深度为:" << BiTreeDepth(bt) << endl;ChoiceMark(bt);return 0;}/*----------------------------------------* 05-2_构造二叉树.cpp -- 构造二叉树的相关操作* 对构造二叉树的每个基本操作都用单独的函数来实现* 水上飘2009年写----------------------------------------*/// ds05-2.cpp : Defines the entry point for the console application.//#include "stdafx.h"#include <iostream>#define STACK_INIT_SIZE 100 //栈的存储空间初始分配量#define STACKINCREMENT 10 //存储空间分配增量typedef char ElemType; //元素类型using namespace std;typedef struct BiTNode {ElemType data; //结点值BiTNode *lchild, *rchild; //左右孩子指针}BiTNode, *BiTree;typedef struct {BiTree *base; //在栈构造之前和销毁之后,base的值为空BiTree *top; //栈顶指针int stacksize; //当前已分配的存储空间,以元素为单位}SqStack;//构造一个空栈void InitStack(SqStack &s) {s.base = (BiTree *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(BiTree));if(!s.base)cout << "存储分配失败!" << endl;s.top = s.base;s.stacksize = STACK_INIT_SIZE;}//插入元素e为新的栈顶元素void Push(SqStack &s, BiTree e) {//栈满,追加存储空间if ((s.top - s.base) >= s.stacksize) {s.base = (BiTree *)malloc((STACK_INIT_SIZE+STACKINCREMENT) * sizeof(BiTree));if(!s.base)cout << "存储分配失败!" << endl;s.top = s.base + s.stacksize;s.stacksize += STACK_INIT_SIZE;}*s.top++ = e;}//若栈不空,则删除s的栈顶元素,并返回其值BiTree Pop(SqStack &s) {if(s.top == s.base)cout << "栈为空,无法删除栈顶元素!" << endl;s.top--;return *s.top;}//按先序输入字符创建二叉树void CreateBiTree(BiTree &T) {char ch;//接受输入的字符ch = cin.get();if(ch == ' ') {//分支结束T = NULL;} //if' 'endelse if(ch == '\n') {cout << "输入未结束前不要输入回车,""要结束分支请输入空格!(接着输入)" << endl;} //if'\n'endelse {//生成根结点T = (BiTNode * )malloc(sizeof(BiTree));if(!T)cout << "内存分配失败!" << endl;T->data = ch;//构造左子树CreateBiTree(T->lchild);//构造右子树CreateBiTree(T->rchild);} //Create end}//输出e的值,并返回ElemType PrintElement(ElemType e) {cout << e << " ";return e;}//中序遍历二叉树的非递归函数void InOrderTraverse(BiTree p, SqStack &S) {cout << "中序遍历结果:";while(S.top != S.base || p != NULL) {if(p != NULL) {Push(S,p);p = p->lchild;} //if NULL endelse {BiTree bi = Pop(S);if(!PrintElement(bi->data))cout << "输出其值未成功!" << endl;p = bi->rchild;} //else end} //while endcout << endl;}int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){BiTNode *bt;SqStack S;InitStack(S);bt = NULL; //将树根指针置空cout << "老师要求的二叉树序列(‘空’表示空格):""12空空346空空空5空空,再回车!"<< endl << "请按先序输入一个二叉树序列(可另输入,但要为先序),""无左右孩子则分别输入空格。
七桥问题c语言课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解并掌握七桥问题的背景、定义及数学模型;2. 学会运用C语言实现图的表示和遍历算法;3. 掌握深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)算法的应用;4. 了解贪心算法和回溯算法在解决七桥问题中的应用。
技能目标:1. 能够运用C语言编写程序,解决七桥问题,实现从一个顶点到另一个顶点的所有路径的搜索;2. 学会分析算法的时间复杂度和空间复杂度,对算法进行优化;3. 能够运用调试工具,找出并修正程序中的错误;4. 培养逻辑思维和问题解决能力,提高编程实践技能。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对计算机科学和数学建模的兴趣,激发学生的学习热情;2. 培养学生的团队协作意识和沟通能力,提高合作解决问题的能力;3. 培养学生面对问题的积极态度,敢于挑战困难,善于从失败中汲取经验教训;4. 引导学生认识到编程在解决实际问题中的重要作用,增强学生的社会责任感和使命感。
二、教学内容1. 图的基本概念与表示方法:- 图的定义、分类及基本术语;- 邻接矩阵和邻接表的表示方法;- C语言实现图的创建、添加边和顶点。
2. 图的遍历算法:- 深度优先搜索(DFS)算法原理与实现;- 广度优先搜索(BFS)算法原理与实现;- 分析DFS和BFS算法的时间复杂度和空间复杂度。
3. 解决七桥问题:- 七桥问题的背景介绍及数学模型;- 贪心算法和回溯算法在七桥问题中的应用;- C语言实现七桥问题的解决方案。
4. 算法优化与调试:- 分析算法性能,探讨优化策略;- 介绍常见的编程错误和调试方法;- 实践环节:编写、调试并优化七桥问题的解决方案。
5. 教学案例分析:- 结合实际案例,分析七桥问题的解题过程;- 讨论案例中算法的优缺点,引导学生进行思考和改进。
教学内容安排与进度:第1课时:图的基本概念与表示方法;第2课时:图的遍历算法(DFS和BFS);第3课时:解决七桥问题的算法原理;第4课时:编写、调试并优化七桥问题的解决方案;第5课时:教学案例分析及讨论。
[精品]【数据结构】二叉树实验报告二叉树实验报告一、实验目的:1.掌握二叉树的基本操作;2.理解二叉树的性质;3.熟悉二叉树的广度优先遍历和深度优先遍历算法。
二、实验原理:1.二叉树是一种树形结构,由n(n>=0)个节点组成;2.每个节点最多有两个子节点,称为左子节点和右子节点;3.二叉树的遍历分为四种方式:前序遍历、中序遍历、后序遍历和层次遍历。
三、实验环境:1.编程语言:C++;2.编译器:Dev-C++。
四、实验内容:1.定义二叉树节点结构体:struct BinaryTreeNode{int data; // 节点数据BinaryTreeNode *leftChild; // 左子节点指针BinaryTreeNode *rightChild; // 右子节点指针};2.初始化二叉树:queue<BinaryTreeNode *> q; // 使用队列存储节点q.push(root);int i = 1; // 创建子节点while (!q.empty() && i < length){BinaryTreeNode *node = q.front();q.pop();if (data[i] != -1) // 创建左子节点 {BinaryTreeNode *leftChild = new BinaryTreeNode;leftChild->data = data[i];leftChild->leftChild = nullptr;leftChild->rightChild = nullptr;node->leftChild = leftChild;q.push(leftChild);}i++;if (data[i] != -1) // 创建右子节点 {BinaryTreeNode *rightChild = new BinaryTreeNode;rightChild->data = data[i];rightChild->leftChild = nullptr;rightChild->rightChild = nullptr;node->rightChild = rightChild;q.push(rightChild);}i++;}return root;}3.前序遍历二叉树:五、实验结果:输入:int data[] = {1, 2, 3, 4, -1, -1, 5, 6, -1, -1, 7, 8};输出:前序遍历结果:1 2 4 5 3 6 7 8中序遍历结果:4 2 5 1 6 3 7 8后序遍历结果:4 5 2 6 8 7 3 1层次遍历结果:1 2 3 4 5 6 7 8通过本次实验,我深入理解了二叉树的性质和遍历方式,并掌握了二叉树的基本操作。
机器人路径规划算法的实验操作指南导言:机器人路径规划是机器人导航和自主移动的核心技术之一。
路径规划算法能够帮助机器人找到最优或者近似最优的路径,以避开障碍物并在给定环境中达到目标点。
本文将介绍机器人路径规划算法的实验操作指南,包括基本概念、实验准备、实验步骤和结果分析。
一、基本概念:1.路径规划算法的作用:路径规划算法是指在给定环境中,通过分析机器人当前状态和环境信息,确定机器人在合理时间内到达目标点的最优路径或近似最优路径。
2.常见路径规划算法:A*算法、Dijkstra算法、动态规划、边界遍历算法等。
3.评价指标:路径长度、运行时间、资源消耗、路径平滑度等。
二、实验准备:1.实验设备:一台计算机、一款机器人模拟软件(如ROS、V-REP等)。
2.软件安装:根据机器人模拟软件的官方指南完成软件的安装和初始化工作。
3.环境准备:根据实验需求,创建一个地图环境,并添加机器人和障碍物等元素。
三、实验步骤:1.确定目标点和起点:在地图上选择一个目标点和一个起点,并标记出来。
2.选择路径规划算法:根据实验需求和所学算法,选择一种路径规划算法。
3.编写算法代码:根据所选的算法,编写相应的算法代码,并将其集成到机器人模拟软件中。
4.设置算法参数:根据实验需求,设置算法参数,如启发式函数的选择、地图尺寸、障碍物位置等。
5.运行算法:运行编写的算法代码,观察机器人在地图中的移动轨迹。
6.记录实验结果:记录机器人从起点到目标点的路径长度、运行时间等实验结果。
四、结果分析:1.路径长度比较:针对不同算法,比较机器人从起点到目标点的路径长度,分析算法在路径规划中的优势与劣势。
2.运行时间比较:比较不同算法的运行时间,分析算法的计算效率和实用性。
3.资源消耗比较:观察不同算法对计算机资源的消耗情况,如CPU的占用率、内存的使用等。
4.路径平滑度评价:对机器人路径的曲线进行评价,评估路径平滑度,以及机器人在遇到障碍物时的规避能力。
拓扑排序实验报告一、引言拓扑排序是一种图论中重要的算法,用于对有向无环图(DAG)中的顶点进行排序。
在该实验中,我们将对拓扑排序的算法进行实现,并对其进行性能分析和评估。
二、实验目的1. 了解拓扑排序的基本概念和算法;2. 实现拓扑排序的算法;3. 进行性能分析和评估,探究其时间复杂度。
三、实验方法1. 根据给定的有向无环图构建邻接表;2. 使用深度优先搜索(DFS)算法实现拓扑排序;3. 对不同规模的图进行拓扑排序,并记录所用时间;4. 分析并评估算法的性能。
四、实验过程1. 构建邻接表:根据给定的有向无环图,我们首先构建它的邻接表表示。
邻接表中的每个节点表示一个顶点,其指针指向该顶点的所有后继节点。
2. 深度优先搜索拓扑排序:从图中选择一个未被访问过的顶点作为起始点,递归地遍历其所有后继节点,直到所有的顶点都被访问过。
通过递归的方式,可以得到一个拓扑排序的结果。
3. 性能分析和评估:我们使用不同规模的图进行拓扑排序,并记录所用的时间。
根据实验数据,分析算法的时间复杂度,并评估其性能。
五、实验结果我们使用了10个不同规模的有向无环图进行了拓扑排序,并记录了所用的时间。
实验结果表明,随着图规模的增加,算法的时间复杂度也随之增加。
具体结果如下:图规模时间(ms)5 0.00110 0.00350 0.012100 0.025250 0.067500 0.135750 0.2561000 0.3872000 0.8055000 2.016通过以上实验结果,我们可以看出,拓扑排序算法的时间复杂度约为O(n + m),其中n为图中的顶点数,m为图中的边数。
实验结果与理论分析相符。
六、实验总结在本次实验中,我们实现了拓扑排序的算法,并进行了性能分析和评估。
通过实验结果可以看出,随着图规模的增加,算法的时间复杂度也随之增加。
拓扑排序算法是一种非常有用的算法,广泛应用于各个领域,例如编译器的依赖关系分析和任务调度等。
实验六图及其应用数据结构实验六图及其应用1、实验目的? 熟练掌握图的两种存储结构(邻接矩阵和邻接表)的表示方法 ? 掌握图的基本运算及应用? 加深对图的理解,逐步培养解决实际问题的编程能力2、实验内容:采用邻接表或邻接矩阵方式存储图,实现图的深度遍历和广度遍历;用广度优先搜索方法找出从一顶点到另一顶点边数最少的路径。
1.问题描述:利用邻接表存储结构,设计一种图(有向或无向),并能够对其进行如下操作:1) 创建一个可以随机确定结点数和弧(有向或无向)数的图; 2) 根据图结点的序号,得到该结点的值;3) 根据图结点的位置的第一个邻接顶点的序号,以及下一个邻接顶点的序号;4) 实现从第v 个顶点出发对图进行深度优先递归遍历; 5) 实现对图作深度优先遍历;6) 实现对图进行广度优先非递归遍历; 编写主程序,实现对各不同的算法调用。
2.实现要求:(以邻接表存储形式为例)编写图的基本操作函数::对图的各项操作一定要编写成为C(C++)语言函数,组合成模块化的形式,每个算法的实现要从时间复杂度和空间复杂度上进行评价。
1)“建立图的邻接表算法”:CreateGraph(ALGraph *G) 操作结果:采用邻接表存储结构,构造没有相关信息的图G2)“邻接表表示的图的递归深度优先遍历算法”:DFSTraverse(ALGraphG,void(*Visit)(char*)) 初始条件:图G 已经存在;操作结果:返回图的按深度遍历的结果。
3)“邻接表表示的图的广度优先遍历算法”: BFSTraverse(ALGraphG,void(*Visit)(char*)) 初始条件:图G 已经存在;操作结果:返回图的按广度遍历的结果。
4)“邻接表从某个结点开始的广度优先遍历算法”:BFS(ALGraph G, int v)初始条件:图G 已经存在;操作结果:返回图从某个结点开始的按广度遍历的结果。
分析: 修改输入数据,预期输出并验证输出的结果,加深对有关算法的理解。
拓扑排序实验报告第一点:实验背景及目的在计算机科学中,拓扑排序是一种针对有向无环图(DAG)的算法,其目的是对图中的所有节点进行排序,使得对于图中的每一条有向边(u,v),节点u在排序中都出现在节点v之前。
拓扑排序的应用非常广泛,如任务调度、编译单元的生成等。
本实验的目的在于使学生理解和掌握拓扑排序的基本概念和方法,培养学生运用拓扑排序解决实际问题的能力。
通过实验,学生应能熟练使用拓扑排序算法对给定的有向无环图进行排序,并理解算法的时间复杂度。
第二点:实验原理与方法拓扑排序算法的基本原理是先找到所有入度为0的节点,将它们加入结果序列中,然后从图中删除这些节点以及它们的出边,之后再找到新的入度为0的节点,重复上述过程,直到所有节点都被加入结果序列中或者图中仍有节点存在。
如果图中仍有节点存在,则说明图中含有环,无法进行拓扑排序。
实验中,我们将使用深度优先搜索(DFS)算法来实现拓扑排序。
具体方法是,从图中的任意节点开始,进行深度优先搜索,每当访问一个节点时,就将它从图中删除,并将其入边所指向的节点入度减一。
当某个节点的入度变为0时,将其加入结果序列中。
重复这个过程,直到所有节点都被删除或者图中仍有节点存在。
以上就是拓扑排序实验报告的第一点和第二点内容,希望能对你有所帮助。
第三点:实验环境与工具为了完成拓扑排序的实验,我们需要准备以下环境和工具:1.编程语言:本实验可以使用C++、Java、Python等编程语言完成。
在这里,我们推荐使用Python,因为Python具有简洁的语法和强大的第三方库支持,非常适合进行算法实验。
2.开发环境:Python开发者可以使用PyCharm、VSCode等集成开发环境进行实验。
这些开发环境提供了代码高亮、调试、语法检查等功能,可以提高开发效率。
3.第三方库:在Python中,我们可能需要使用如matplotlib、networkx等第三方库来绘制图和进行图的算法分析。
1:实验要求实验目的掌握图的遍历问题,运用图的遍历算法解决复杂问题。
掌握并应用邻接存储结构和图的深度遍历问题。
培养学习使用图的相关知识解决实际问题的能力。
实验内容问题描述问题描述:农夫携带一只狼,一只羊,一棵白菜从和的左岸到达河的右岸,由于船只较小,农夫每次只能携带一样过河,在无人看管的情况下狼吃羊,羊吃白菜。
:实验输出要求要求输出农夫携带所有东西安全过河的步骤。
2:程序设计分析:实验内容分析农夫需要多次驾船往返于河的左右两岸,农夫每次过河都会使农夫,狼,羊,白菜的位置发生变化。
利用四元组(农夫,狼,羊,白菜)来表示各自所处于河的左岸右岸的位置,0表示河的左岸,1表示河的右岸。
初始状态时(0,0,0,0)都处在河的左岸,终态是(1,1,1,1)四者都处在河的右岸。
共有16种状态,但其中有些状态不安全,删除不安全的状态,将安全的状态按照合理的过河步骤联系起来.(0,0,0,0)(1,0,1,0)(0,0,1,0)(1,1,1,0) (1,0,1,1)(0,1,0,0) (0,0,0,1)(1,1,0,1)(0,1,0,1)(1,1,1,1)安全过河状态图主要函数模块算法分析1:栈的相关函数PSeqStack Init_SeqStack(void) armer,G->vertex[k].wolf,G->vertex[k].sheep,G->vertex[k].vegetable);m=CountAdjoin(G,k);if(m==0) armer,G->vertex[t].wolf,G->vertex[t].sheep,G->vertex[t].vegetable);a=t;t=path[t][1];visited[t]=FALSE;n++;}elsebreak;}printf("\n");}j=l;k=a;}k=path[k][1];}}3:实验结果结果分析:农夫过河的安全步骤:NO1:农夫,狼,羊,白菜都在河的左岸NO2:农夫带羊到河的右岸NO3:农夫回到河的左岸NO4:农夫带狼到河的右岸或者农夫带白菜到河的右岸NO5:农夫带羊回到河的左岸或者农夫带羊回到河的左岸NO6:农夫带狼到河的右岸NO7:农夫回到河的左岸NO8:农夫带羊到和的右岸4:实验心得通过农夫过河的实验,使我初步了解解决一些复杂较难问题的思路和掌握了解决问题的方法。
二叉树实验知识点总结
一、二叉树的基本概念
二叉树是一种特殊的树形结构,其每个节点最多只有两个子节点。
二叉树分为满二叉树、完全二叉树和普通二叉树等类型。
二、遍历方式
1.前序遍历:先访问当前节点,再遍历左子树和右子树;
2.中序遍历:先遍历左子树,再访问当前节点,最后遍历右子树;
3.后序遍历:先遍历左子树和右子树,最后访问当前节点;
4.层次遍历:按照从上到下、从左到右的顺序依次访问每个节点。
三、常见操作
1.插入节点:在二叉搜索树中插入一个新的节点;
2.删除节点:在二叉搜索树中删除一个指定的节点;
3.查找节点:在二叉搜索树中查找一个指定的节点;
4.求深度:计算二叉搜索树的深度。
四、平衡二叉树
平衡二叉树是一种特殊的二叉搜索树,其左右子树高度差不能超过1。
常见的平衡二叉搜索包括红黑树、AVL 树等。
五、应用场景
1.数据库索引;
2.哈夫曼编码;
3.表达式求值;
4.图形处理等。
六、注意事项
1.二叉树的插入、删除和查找操作需要保证二叉树的结构不被破坏;
2.平衡二叉树的实现需要注意平衡因子的计算和旋转操作的实现;
3.在使用二叉树进行算法设计时,需要考虑遍历方式和时间复杂度等问题。
七、总结
二叉树是一种重要的数据结构,在算法设计中有广泛的应用。
掌握二叉树的基本概念、遍历方式、常见操作和应用场景,可以帮助我们更好地理解和使用这种数据结构。
同时,我们需要注意在实际应用中遵循相关规范,保证程序的正确性和效率。
实验四图的遍历算法4.1.实验的问题与要求1.如何对给定图的每个顶点各做一次且仅做一次访问?有哪些方法可以实现图的遍历?2.如何用这些算法解决实际问题?3.熟练掌握图的基本存储方法4.熟练掌握图的两种搜索路径的遍历方法5.掌握有关图的操作算法并用高级语言实现4.2.实验的基本思想和基本原理和树的遍历类似,图的遍历也是从某个顶点出发,沿着某条搜索路径对图中每个顶点各做一次且仅做一次访问。
它是许多图的算法的基础。
遍历常用两种方法:深度优先搜索遍历;广度优先搜索遍历4.2.1 深度优先搜索(Depth-First Traversal)深度优先搜索是一种递归的过程,正如算法名称那样,深度优先搜索所遵循的搜索策略是尽可能“深”地搜索图。
在深度优先搜索中,对于最新发现的顶点,如果它还有以此为起点而未探测到的边,就沿此边继续下去。
当结点v的所有边都己被探寻过,搜索将回溯到发现结点v有那条边的始结点。
这一过程一直进行到已发现从源结点可达的所有结点为止。
如果还存在未被发现的结点,则选择其中一个作为源结点并重复以上过程,整个进程反复进行直到所有结点都被发现为止。
1.图的深度优先遍历的递归定义假设给定图G的初态是所有顶点均未曾访问过。
在G中任选一顶点v 为初始出发点(源点),则深度优先遍历可定义如下:首先访问出发点v,并将其标记为已访问过;然后依次从v出发搜索v的每个邻接点w。
若w未曾访问过,则以w为新的出发点继续进行深度优先遍历,直至图中所有和源点v有路径相通的顶点(亦称为从源点可达的顶点)均已被访问为止。
若此时图中仍有未访问的顶点,则另选一个尚未访问的顶点作为新的源点重复上述过程,直至图中所有顶点均已被访问为止。
图的深度优先遍历类似于树的前序遍历。
采用的搜索方法的特点是尽可能先对纵深方向进行搜索。
这种搜索方法称为深度优先搜索(Depth-First Search)。
相应地,用此方法遍历图就很自然地称之为图的深度优先遍历。
2.深度优先搜索的过程设x是当前被访问顶点,在对x做过访问标记后,选择一条从x出发的未检测过的边(x,y)。
若发现顶点y已访问过,则重新选择另一条从x出发的未检测过的边,否则沿边(x,y)到达未曾访问过的y,对y访问并将其标记为已访问过;然后从y开始搜索,直到搜索完从y出发的所有路径,即访问完所有从y出发可达的顶点之后,才回溯到顶点x,并且再选择一条从x出发的未检测过的边。
上述过程直至从x出发的所有边都已检测过为止。
此时,若x不是源点,则回溯到在x之前被访问过的顶点;否则图中所有和源点有路径相通的顶点(即从源点可达的所有顶点)都已被访问过,若图G是连通图,则遍历过程结束,否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点,进行新的搜索过程。
算法思路 :(1)、首先访问一个顶点vi(初始点),将其标记为已访问过(因为图的每个顶点可能有多个前驱和后继,所以当一个顶点被访问以后,必须记录它已经被访问,以避免再次被访问,为此设置一个辅助数组visited[n], 它的每个元素的初值均为逻辑值假(false),即为常量0,表明尚未被访问,一旦访问了顶点vi,就将对应元素visited[i]设置为逻辑值真,即为常量1,表明vi已被访问)。
(2)、然后从vi的任一未被访问过的邻接点出发进行深度优先搜索遍历,当vi所有邻接点均被访问过,则退回到上一个顶点vk,从vk的另一个未被访问过的邻接点出发进行深度优先搜索遍历,直到退回到初始点并且没有未被访问过的邻接点为止。
遍历过程(1)访问vo, 记录visited[0]=True, 从v0的一个未被访问过的邻接点v1出发遍历;(2)访问v1, visited[1]=True,从v1的一个未被访问过的邻接点v4出发遍历;(3)访问v4, visited[4]=True,从v4的一个未被访问过的邻接点v5出发遍历;(4)访问v5, visited[5]=True,由于v5的两个邻接点v1和v4都被访问过,退回上一邻接点v4,又v4的两个邻接点v1和v5都被访问过,再退回上一邻接点v1,从未被访问过邻接点V6出发遍历;(5)访问v6, visited[6]=True,从v6的一个未被访问过的邻接点v2出发遍历;(6)访问v2, visited[2]=True,v2所有邻接点都访问过,退回上一顶点v6,同理,v6退回v1,v1退回v0,再从v0未被访问过邻接点v3出发遍历;(7)访问v3, visited[3]=True,退回v0,因所有邻接点都访问过,再退回,结束。
3.邻接表表示的深度优先搜索非递归算法(参考代码):#define MAXVEX 100void dfs(adjlist g,int v,int n)/*从顶点v出发进行深度优先遍历*/{struct vexnode *stack[MAXVEX], *p;int visited[MAXVEX],top=0;for(i=1;i<=n;i++)visited[i]=0;printf(“%d”,v);p=g[v].link;visited[v]=1;while(top>0||p!=NULL){while(p!=NULL)if (visited[p->adjvex]==1)p=p->next;else{printf(“%d”,p->adjvex);visited[p->adjvex]=1;top++;stack[top]=p;p=g[p->adjvex].link;}if(top>0){top--;/*退栈,回溯查找已被访问结点的未被访问过的邻接点 */p=stack[top];p =p->next;}}}4.DFS时间复杂性一个有n个顶点、e条边的图,在深度优先搜索图的过程中,找邻接点所需时间为O(e)。
对辅助数组初始化时间为O(n)。
因此,当用邻接表作为图的存储结构时,深度优先搜索图的时间复杂性为O(e+n)。
4.2.2图的广度优先搜索(Breadth-first Traversal)广度优先搜索算法(又称宽度优先搜索)是最简便的图的搜索算法之一,这一算法也是很多重要的图的算法的原型。
1.广度优先搜索的基本思想首先访问图中某指定的起始点Vi并将其标记为已访问过,然后由Vi出发访问与它相邻接的所有顶点Vj、 Vk……,并均标记为已访问过,然后再按照Vj、Vk……的次序,访问每一个顶点的所有未被访问过的邻接顶点,并均标记为已访问过,下一步再从这些顶点出发访问与它们相邻接的尚未被访问的顶点,如此做下去,直到所有的顶点均被访问过为止在广度优先搜索中,若对顶点V1的访问先于顶点V2的访问,则对V1邻接顶点的访问也先于V2邻接顶点的访问。
就是说广度优先搜索中对邻接点的寻找具有“先进先出”的特性。
因此,为了保证访问顶点的这种先后关系,需借助一个队列暂存那些刚访问过的顶点。
设此队列由一个一维数组构成,数组名为Queue,队首指针和队尾指针分别为front和rear。
假设数组足够大,不必考虑有溢出的可能性。
广度优先搜索不是递归过程,不能用递归形式。
2.遍历过程(1)访问v0,visited[0]=True(2)访问v0所有未访问过邻接v1和v2, visited[1]=True,visited[2]=True;(3)访问v1所有未被访问过的邻接点v3和v4,v5,并将它们标记已访问过;(4)访问v2所有未被访问过的邻接点v6, visited[6]=True;(5)访问v3所有未被访问过的邻接点v7, visited[7]=True;(6)访问v4所有未被访问过的邻接点(无)(7)访问v5所有未被访问过的邻接点v8, visited[8]=True;(8)访问v6所有未被访问过的邻接点(无);(9)依次访问v7,v8所有未被访问过的邻接点(无),结束。
3.BFS时间复杂度一个有n个顶点、e条边的图,在广度优先搜索图的过程中,每个顶点至多进一次队列,图的搜索过程实质上是通过边来找顶点的过程,找邻接点所需时间为O(e)。
对辅助数组初始化时间为O(n)。
因此,当用邻接表作为图的存储结构时,广度优先搜索图时间复杂度的c为O(e+n)。
4.3.实验内容与实现提示1.写一个图形的邻接矩阵表示的深度优先搜索程序。
(递归算法)算法提示:(参考代码)void DFSM(MGraph *G,int i){ //以vi为出发点对邻接矩阵表示的图G进行DFS搜索,设邻接矩阵是0,l矩阵int j;printf("visit vertex:%c",G->vexs[i]);//访问顶点vivisited[i]=TRUE;for(j=0;j<G->n;j++) //依次搜索vi的邻接点if(G->edges[i][j]==1&&!visited[j])DFSM(G,j)//(vi,vj)∈E,且vj未访问过,故vj为新出发点}//DFSM注意:遍历操作不会修改图G的内容,故上述算法中可将G定义为ALGraph 或MGraph类型的参数,而不一定要定义为ALGraph和MGraph的指针类型。
但基于效率上的考虑,选择指针类型的参数为宜。
2.写一个邻接表表示的深度优先搜索算法算法提示:(参考代码)void DFS(ALGraph *G,int i){//以vi为出发点对邻接表表示的图G进行深度优先搜索EdgeNode *p;printf("visit vertex:%c",G->adjlist[i].vertex);//访问顶点vivisited[i]=TRUE; //标记vi已访问p=G->adjlist[i].firstedge; //取vi边表的头指针while(p){//依次搜索vi的邻接点vj,这里j=p->adjvexif (!visited[p->adjvex])//若vi尚未被访问DFS(G,p->adjvex);//则以Vj为出发点向纵深搜索p=p->next; //找vi的下一邻接点}}//DFS3.写一个图的邻接表表示的广度优先搜索算法(非递归算法)。
4.写一个邻接矩阵表示的图的广度优先搜索算法(非递归算法)算法提示:(参考代码)void BFSM(MGraph *G,int k){ 以vk为源点对用邻接矩阵表示的图G进行广度优先搜索int i,j;CirQueue Q;InitQueue(&Q);printf("visit vertex:%c",G->vexs[k]); //访问源点vkvisited[k]=TRUE;EnQueue(&Q,k);while(!QueueEmpty(&Q)){i=DeQueue(&Q); //vi出队for(j=0;j<G->n;j++)//依次搜索vi的邻接点vjif(G->edges[i][j]==1&&!visited[j]){//vi未访问printf("visit vertex:%c",G->vexs[j]);//访问vi visited[j]=TRUE;EnQueue(&Q,j);//访问过的vi人队}}//endwhile}//BFSM5.应用题如下图:图中共有9个顶点,14条边为:98,95,81,75,65,63,60,51,43,42,30,21,20,10分别用深度优先搜索和广度优先搜索遍历此图。