【Java】数据结构-二分搜索树前中后序遍历和增查改（完整代码）

孤樱懶契

二分搜索树的前中后序遍历和增删查（完整代码）

BST.java（前序中序和后序的递归算法等）

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

public class BST<E extends Comparable<E>> {

    private class Node{
        public E e;
        public Node left;
        public Node right;

        public Node(E e){
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    private Node root;
    private int size;

    public BST(){
        root = null;
        size = 0;
    }

    public int size(){
        return size;
    }

    public boolean isEmpty(){
        return size==0;
    }

    // 向二分搜索树中添加新的元素e
    public void add(E e){

        root = add(root , e);
    }

    // 向以node为跟的二分搜索树中插入元素E，递归算法
    // 返回插入新节点后二分搜索树的根
    private Node add(Node node, E e){

//        if(e.equals(node.e))
//            return;
//        else if(e.compareTo(node.e) < 0 && node.left == null){
//            node.left = new Node(e);
//            size ++;
//            return;
//        }
//        else if(e.compareTo(node.e) > 0 && node.right == null){
//            node.right = new Node(e);
//            size ++;
//            return;
//        }

        if(node == null){
            size ++;
            return new Node(e);
        }

        if(e.compareTo(node.e) < 0)
            node.left = add(node.left, e);
        else if(e.compareTo(node.e)>0)
                node.right = add(node.right,e);

        return node;
    }

    public static void main(String[] args) {
    }

    //看当前二分搜索树中是否包含元素e
    public boolean contains(E e){
        return contains(root , e);
    }

    // 看以node为跟的二分搜索树中是否包含元素e，递归算法
    private boolean contains(Node node, E e){

        if(node == null)
            return false;
        if(e.compareTo(node.e) == 0)
            return true;
        else if(e.compareTo(node.e) < 0)
            return contains(node.left, e);
        else // e.comparaTo(node.e) > 0
            return contains(node.right, e);
    }

    // 二分搜索树的前序遍历
    public void preOrder(){
        preOrder(root);
    }

    // 前序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
    private void preOrder(Node node){

        if(node == null)
            return;

        System.out.println(node.e);
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }

    // 二分搜索树的非递归前序遍历
    public void preOrderNR(){

        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while(!stack.isEmpty()){
            Node cur = stack.pop();
            System.out.println(cur.e);

            if(cur.right != null)
                stack.push(cur.right);
            if(cur.left != null)
                stack.push(cur.left);
        }

    }

    // 二分搜索树的中序遍历
    public void inOrder(){
        inOrder(root);
    }

    // 中序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
    private void inOrder(Node node){

        if(node == null)
            return;

        inOrder(node.left);
        System.out.println(node.e);
        inOrder(node.right);

    }

    // 二分搜索树的后序遍历
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }

    // 后序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
    private void postOrder(Node node){

        if(node == null)
            return;

        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.println(node.e);
    }

    // 二分搜索树的层序遍历
    public void levelOrder(){

        Queue<Node> q = new LinkedList<>();
        q.add(root);
        while(!q.isEmpty()){
            Node cur = q.remove();
            System.out.println(cur.e);

            if(cur.left != null)
                q.add(cur.left);
            if(cur.right != null)
                q.add(cur.right);
        }
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root, 0, res);
        return res.toString();
    }

    // 生成以node为根节点，深度为depth描述二叉树的字符串
    private void generateBSTString(Node node, int depth, StringBuilder res){

        if(node == null){
            res.append(generateDepthString(depth) + "null\n");
            return;
        }

        res.append(generateDepthString(depth) + node.e + "\n");
        generateBSTString(node.left, depth +1, res);
        generateBSTString(node.right, depth +1, res);
    }

    private String generateDepthString(int depth){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for(int i = 0 ; i < depth; i ++)
            res.append("--");
        return res.toString();
    }

    // 寻找二分搜索树的最小元素
    public E minimum(){

        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        return minimum(root).e;
    }

    // 返回以node为根的二分搜索树的最小键值所在的节点
    private Node minimum(Node node){
        if(node.left == null)
            return node;
        return minimum(node.left);
    }

    // 寻找二分搜索树的最大元素
    public E maximum(){

        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        return maximum(root).e;
    }

    // 返回以node为根的二分搜索树的最大键值所在的节点
    private Node maximum(Node node){
        if(node.right == null)
            return node;
        return maximum(node.right);
    }

    // 从二分搜索树中删除最小值所在的节点，返回最小值
    public E removeMin(){
        E ret = minimum();
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    // 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小节点
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node removeMin(Node node){

        if(node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size --;
            return rightNode;
        }

        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    // 从二分搜索树中删除最大值所在的节点，返回最大值
    public E removeMax(){
        E ret = maximum();
        root = removeMax(root);
        return ret;
    }

    // 删除掉以node为根的二分搜索树中的最大节点
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node removeMax(Node node){

        if(node.right == null) {
            Node leftNode = node.left;
            node.left = null;
            size --;
            return leftNode;
        }

        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    // 从二分搜索树中删除元素为e 的节点
    public void remove(E e){
        root = remove(root , e);
    }

    // 删除以node为根的二分搜索树中值为e的节点，递归算法
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node remove(Node node, E e){

        if(node == null)
            return null;

        if(e.compareTo(node.e) < 0 ) {
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        }
        else if(e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = remove(node.right, e);
            return node;
        }
        else{ // e == node.e

            if(node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size --;
                return rightNode;
            }

            if(node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
            }

            // 待删除节点左右子树均不为空的情况
            // 找到比待删除节点大的最小节点，即删除节点右子树的最小节点
            // 用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;
        }
    }
}

Main.java(测试用例)

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        BST<Integer> bst = new BST<>();

        int n = 1000;
        Random random = new Random();
        for(int i = 0 ; i < n ; i ++)
            bst.add(random.nextInt(10000));

        ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<>();
        while(!bst.isEmpty())
            nums.add(bst.removeMax());

        System.out.println(nums);

        for(int i = 1 ; i < nums.size() ; i ++)
            if(nums.get(i-1) < nums.get(i))
                throw new IllegalArgumentException("Error");
            System.out.println("RemoveMax test completed");

//        bst.preOrder();
//        System.out.println();
//
//        bst.preOrderNR();
//        bst.levelOrder();
//
//        bst.inOrder();
//        System.out.println();
//        bst.postOrder();
//        System.out.println();
//
//        System.out.println(bst);
    }
}