二叉搜索树Java实现（查找、插入、删除、遍历）
由于最近想要阅读下 JDK1.8 中 HashMap 的具体实现，但是由于 HashMap 的实现中用到了红黑树，所以我觉得有必要先复习下红黑树的相关知识，所以写下这篇随笔备忘，有不对的地方请指出～
学习红黑树，我觉得有必要从二叉搜索树开始学起，本篇随笔就主要介绍 Java 实现二叉搜索树的查找、插入、删除、遍历等内容。
二叉搜索树需满足以下四个条件：
- 若任意节点的左子树不空，则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值；
- 若任意节点的右子树不空，则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值；
- 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树；
- 没有键值相等的节点。
二叉搜索树举例：
图一
接下来将基于图一介绍二叉搜索树相关操作。
首先，应先有一个节点对象相关的类，命名为 Node。
class Node {
int key;
int value;
Node leftChild;
Node rightChild;
public Node(int key, int value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
public void displayNode() {
}
}
Node 类中包含 key 值，用于确定节点在树中相应位置，value 值代表要存储的内容，还含有指向左右孩子节点的两个引用。
接下来看下搜索树相应的类：
class Tree {
Node root;//保存树的根
public Node find(int key) {//查找指定节点
}
public void insert(int key, int value) {//插入节点
}
public boolean delete(int key) {//删除指定节点
}
private Node getDirectPostNode(Node delNode) {//得到待删除节点的直接后继节点
}
public void preOrder(Node rootNode) {//先序遍历树
}
public void inOrder(Node rootNode) {//中序遍历树
}
public void postOrder(Node rootNode) {//后序遍历树
}
}
类中表示树的框架，包含查找、插入、遍历、删除相应方法，其中删除节点操作最为复杂，接下来一一介绍。
一、查找某个节点
由于二叉搜索树定义上的特殊性，只需根据输入的 key 值从根开始进行比较，若小于根的 key 值，则与根的左子树比较，大于根的key值与根的右子树比较，以此类推，找到则返回相应节点，否则返回 null。
public Node find(int key) {
Node currentNode = root;
while (currentNode != null && currentNode.key != key) {
if (key < currentNode.key) {
currentNode = currentNode.leftChild;
} else {
currentNode = currentNode.rightChild;
}
}
return currentNode;
}
二、插入节点
与查找操作相似，由于二叉搜索树的特殊性，待插入的节点也需要从根节点开始进行比较，小于根节点则与根节点左子树比较，反之则与右子树比较，直到左子树为空或右子树为空，则插入到相应为空的位置，在比较的过程中要注意保存父节点的信息 及 待插入的位置是父节点的左子树还是右子树，才能插入到正确的位置。
public void insert(int key, int value) {
if (root == null) {
root = new Node(key, value);
return;
}
Node currentNode = root;
Node parentNode = root;
boolean isLeftChild = true;
while (currentNode != null) {
parentNode = currentNode;
if (key < currentNode.key) {
currentNode = currentNode.leftChild;
isLeftChild = true;
} else {
currentNode = currentNode.rightChild;
isLeftChild = false;
}
}
Node newNode = new Node(key, value);
if (isLeftChild) {
parentNode.leftChild = newNode;
} else {
parentNode.rightChild = newNode;
}
}
三、遍历二叉搜索树
遍历操作与遍历普通二叉树操作完全相同，不赘述。
public void preOrder(Node rootNode) {
if (rootNode != null) {
System.out.println(rootNode.key + " " + rootNode.value);
preOrder(rootNode.leftChild);
preOrder(rootNode.rightChild);
}
}
public void inOrder(Node rootNode) {
if (rootNode != null) {
inOrder(rootNode.leftChild);
System.out.println(rootNode.key + " " + rootNode.value);
inOrder(rootNode.rightChild);
}
}
public void postOrder(Node rootNode) {
if (rootNode != null) {
postOrder(rootNode.leftChild);
postOrder(rootNode.rightChild);
System.out.println(rootNode.key + " " + rootNode.value);
}
}
四、删除指定节点。
在二叉搜索树中删除节点操作较复杂，可分为以下三种情况。
1、待删除的节点为叶子节点，可直接删除。
public boolean delete(int key) {
Node currentNode = root;//用来保存待删除节点
Node parentNode = root;//用来保存待删除节点的父亲节点
boolean isLeftChild = true;//用来确定待删除节点是父亲节点的左孩子还是右孩子
while (currentNode != null && currentNode.key != key) {
parentNode = currentNode;
if (key < currentNode.key) {
currentNode = currentNode.leftChild;
isLeftChild = true;
} else {
currentNode = currentNode.rightChild;
isLeftChild = false;
}
}
if (currentNode == null) {
return false;
}
if (currentNode.leftChild == null && currentNode.rightChild == null) {//要删除的节点为叶子节点
if (currentNode == root)
root = null;
else if (isLeftChild)
parentNode.leftChild = null;
else
parentNode.rightChild = null;
}
......
}
2、待删除节点只有一个孩子节点
例如删除图一中的 key 值为 11 的节点，只需将 key 值为 13 的节点的左孩子指向 key 值为 12的节点即可达到删除 key 值为 11 的节点的目的。
由以上分析可得代码如下（接上述 delete 方法省略号后）：
else if (currentNode.rightChild == null) {//要删除的节点只有左孩子
if (currentNode == root)
root = currentNode.leftChild;
else if (isLeftChild)
parentNode.leftChild = currentNode.leftChild;
else
parentNode.rightChild = currentNode.leftChild;
} else if (currentNode.leftChild == null) {//要删除的节点只有右孩子
if (currentNode == root)
root = currentNode.rightChild;
else if (isLeftChild)
parentNode.leftChild = currentNode.rightChild;
else
parentNode.rightChild = currentNode.rightChild;
}
......
3、待删除节点既有左孩子，又有右孩子。
例如删除图一中 key 值为 10 的节点，这时就需要用 key 值为 10 的节点的中序后继节点（节点 11）来代替 key 值为 10 的节点，并删除 key 值为 10 的节点的中序后继节点，由中序遍历相关规则可知， key 值为 10 的节点的直接中序后继节点一定是其右子树中 key 值最小的节点，所以此中序后继节点一定不含子节点或者只含有一个右孩子，删除此中序后继节点就属于上述 1,2 所述情况。图一中 key 值为 10 的节点的直接中序后继节点 为 11，节点 11 含有一个右孩子 12。
所以删除 图一中 key 值为 10 的节点分为以下几步：
a、找到 key 值为 10 的节点的直接中序后继节点（即其右子树中值最小的节点 11），并删除此直接中序后继节点。
private Node getDirectPostNode(Node delNode) {//方法作用为得到待删除节点的直接后继节点
Node parentNode = delNode;//用来保存待删除节点的直接后继节点的父亲节点
Node direcrPostNode = delNode;//用来保存待删除节点的直接后继节点
Node currentNode = delNode.rightChild;
while (currentNode != null) {
parentNode = direcrPostNode;
direcrPostNode = currentNode;
currentNode = currentNode.leftChild;
}
if (direcrPostNode != delNode.rightChild) {//从树中删除此直接后继节点
parentNode.leftChild = direcrPostNode.rightChild;
direcrPostNode.rightChild = null;
}
return direcrPostNode;//返回此直接后继节点
}
b、将此后继节点的 key、value 值赋给待删除节点的 key，value值。(接情况二中省略号代码之后)
else { //要删除的节点既有左孩子又有右孩子
//思路：用待删除节点右子树中的key值最小节点的值来替代要删除的节点的值,然后删除右子树中key值最小的节点
//右子树key最小的节点一定不含左子树,所以删除这个key最小的节点一定是属于叶子节点或者只有右子树的节点
Node directPostNode = getDirectPostNode(currentNode);
currentNode.key = directPostNode.key;
currentNode.value = directPostNode.value;
}
至此删除指定节点的操作结束。
最后给出完整代码及简单测试代码及测试结果：
class Node {
int key;
int value;
Node leftChild;
Node rightChild;
public Node(int key, int value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
public void displayNode() {
}
}
class Tree {
Node root;
public Node find(int key) {
Node currentNode = root;
while (currentNode != null && currentNode.key != key) {
if (key < currentNode.key) {
currentNode = currentNode.leftChild;
} else {
currentNode = currentNode.rightChild;
}
}
return currentNode;
}
public void insert(int key, int value) {
if (root == null) {
root = new Node(key, value);
return;
}
Node currentNode = root;
Node parentNode = root;
boolean isLeftChild = true;
while (currentNode != null) {
parentNode = currentNode;
if (key < currentNode.key) {
currentNode = currentNode.leftChild;
isLeftChild = true;
} else {
currentNode = currentNode.rightChild;
isLeftChild = false;
}
}
Node newNode = new Node(key, value);
if (isLeftChild) {
parentNode.leftChild = newNode;
} else {
parentNode.rightChild = newNode;
}
}
public boolean delete(int key) {
Node currentNode = root;
Node parentNode = root;
boolean isLeftChild = true;
while (currentNode != null && currentNode.key != key) {
parentNode = currentNode;
if (key < currentNode.key) {
currentNode = currentNode.leftChild;
isLeftChild = true;
} else {
currentNode = currentNode.rightChild;
isLeftChild = false;
}
}
if (currentNode == null) {
return false;
}
if (currentNode.leftChild == null && currentNode.rightChild == null) {
//要删除的节点为叶子节点
if (currentNode == root)
root = null;
else if (isLeftChild)
parentNode.leftChild = null;
else
parentNode.rightChild = null;
} else if (currentNode.rightChild == null) {//要删除的节点只有左孩子
if (currentNode == root)
root = currentNode.leftChild;
else if (isLeftChild)
parentNode.leftChild = currentNode.leftChild;
else
parentNode.rightChild = currentNode.leftChild;
} else if (currentNode.leftChild == null) {//要删除的节点只有右孩子
if (currentNode == root)
root = currentNode.rightChild;
else if (isLeftChild)
parentNode.leftChild = currentNode.rightChild;
else
parentNode.rightChild = currentNode.rightChild;
} else { //要删除的节点既有左孩子又有右孩子
//思路：用待删除节点右子树中的key值最小节点的值来替代要删除的节点的值,然后删除右子树中key值最小的节点
//右子树key最小的节点一定不含左子树,所以删除这个key最小的节点一定是属于叶子节点或者只有右子树的节点
Node directPostNode = getDirectPostNode(currentNode);
currentNode.key = directPostNode.key;
currentNode.value = directPostNode.value;
}
return true;
}
private Node getDirectPostNode(Node delNode) {//方法作用为得到待删除节点的直接后继节点
Node parentNode = delNode;//用来保存待删除节点的直接后继节点的父亲节点
Node direcrPostNode = delNode;//用来保存待删除节点的直接后继节点
Node currentNode = delNode.rightChild;
while (currentNode != null) {
parentNode = direcrPostNode;
direcrPostNode = currentNode;
currentNode = currentNode.leftChild;
}
if (direcrPostNode != delNode.rightChild) {//从树中删除此直接后继节点
parentNode.leftChild = direcrPostNode.rightChild;
direcrPostNode.rightChild = null;
}
return direcrPostNode;//返回此直接后继节点
}
public void preOrder(Node rootNode) {
if (rootNode != null) {
System.out.println(rootNode.key + " " + rootNode.value);
preOrder(rootNode.leftChild);
preOrder(rootNode.rightChild);
}
}
public void inOrder(Node rootNode) {
if (rootNode != null) {
inOrder(rootNode.leftChild);
System.out.println("key: " + rootNode.key + " " + "value: " + rootNode.value);
inOrder(rootNode.rightChild);
}
}
public void postOrder(Node rootNode) {
if (rootNode != null) {
postOrder(rootNode.leftChild);
postOrder(rootNode.rightChild);
System.out.println(rootNode.key + " " + rootNode.value);
}
}
private void destroy(Node tree) {
if (tree==null)
return ;
if (tree.left != null)
destroy(tree.leftChild);
if (tree.right != null)
destroy(tree.rightChild);
tree=null;
}
public void destory() {
destory(root);
}
}
public class BinarySearchTreeApp {
150 public static void main(String[] args) {
151 Tree tree = new Tree();
152 tree.insert(6, 6);//插入操作,构造图一所示的二叉树 153 tree.insert(3, 3); tree.insert(14, 14); 155 tree.insert(16, 16); 156 tree.insert(10, 10); 157 tree.insert(9, 9); tree.insert(13, 13); 159 tree.insert(11, 11); tree.insert(12, 12); 162 System.out.println("删除前遍历结果"); tree.inOrder(tree.root);//中序遍历操作 165 System.out.println("删除节点10之后遍历结果"); tree.delete(10);//删除操作 tree.inOrder(tree.root);
} }
测试结果：
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