前面提到过,数据结构按关系分类有四种:线性结构、树结构、图结构和集合结构,其中树结构在文件系统中使用最多,所以本书重点讲解树结构。
树的定义
树形结构是一类重要的非线性数据结构,它是由n(n≥1)个有限节点组成一个具有层次关系的集合。
在树结构中,用一个圆圈表示一个节点,圆圈内的符号代表该节点数据信息,节点之间的关系通过连线表示。即使每条连线上都不带箭头,但它仍然是有向的,其方向隐含着从上向下,即连线的上方节点是下方节点的前驱,下方节点是上方节点的后继。
把它叫作树是因为它看起来像一棵倒挂的树,也就是说它是根朝上,而叶朝下的。图1-7是一个“树”结构的示意图。
在图1-7中,A是根节点,它一般画在树的顶部。其余节点分成两个互不相交的子集:T0={B,D,E,F,I,J,K},T1={C,G,H,L,M,N,O,P},它们都是根节点A的子树。再看T0,它的根是B,其余根节点又分为3个互不相交的子集T00={D,I,K},T01={E,J},T03={F},它们是T0的子树。
树结构的基本术语
①节点。节点包含一个数据元素及若干指向其子树的分支。例如,在图1-7中的树总共有16个节点,为方便起见,每个数据项用单个字母表示。
②节点的度。节点的度是指节点所拥有的子树的个数。例如,在图1-7所示的树中,根A的度为2,节点B的度为3,节点K、J、F、L、O、P的度为0。
③树的度。树的度指的是树中各节点的度的最大值。例如,图1-7所示的树的度为3。
④叶节点(终端节点)。叶节点指度为0的节点。例如,在图1-7所示的树中,{K,J,F,L,O,P}构成树的叶节点的集合。
⑤分支节点(非终端节点)。分支节点指除叶节点以外的节点(度不为0的节点)。例如,在图1-7所示的树中,A、B、C、D、E、G、H、I、M、N就是分支节点。
⑥子女节点。若节点x有子树,则子树的根节点即为节点x的子女。例如,在图1-7所示的树中,节点A有2个子女,节点B有3个子女,节点K没有子女。子女节点也称作孩子节点。
⑦双亲节点。若节点x有子女,x即为子女的双亲。例如,在图1-7所示的树中,节点B、C有一个双亲A,根节点A没有双亲。双亲节点也叫父节点。
⑧兄弟节点。同一双亲的子女互称为兄弟。例如,在图1-7所示的树中,节点B、C称为兄弟;D、E、F也称为兄弟;但F、G、H不是兄弟。
⑨堂兄弟节点。双亲在同一层的节点互为堂兄弟节点。例如,在图1-7所示的树中,G和H是F的堂兄弟节点。
⑩祖先节点。祖先节点是指从根节点到该节点所经分支上的所有节点。例如,在图1-7所示的树中,节点K的祖先为A、B、D、I。
⑪子孙节点。某一节点的子女,以及这些子女的子女都是该节点的子孙。例如,在图1-7所示的树中,节点B的子孙为D、E、F、I、J、K。
⑫节点的层次。树中的每个节点都处在一定的层次上,即从根到该节点所经路径上的分支条数。例如,在图1-7所示的树中,根节点在第1层,它的子女节点在第2层,以此类推,树中任意一节点的层次为它的双亲节点的层次加1。
⑬树的高(深)度。树的高度是指树中节点所处的最大层次,空树的高度为0,只有一个根节点的树的高度为1。例如,在图1-7所示的树中,树的高度为5。
⑭有序树。有序树指树中各节点的子树是按照一定的次序从左向右排列的,且相对次序是不能随意变换的。
⑮无序树。无序树是指树中各节点的子树是没有一定的排列次序,且相对次序是可以随意变换的。
⑯森林。森林指n(n≥0)个互不相交的树的集合。删去一棵非空树的根节点,树就变成森林;反之,若增加一个根节点,让森林中每一棵树的根节点都变成它的子女,森林就成为一棵树。
树结构的特点
树结构具有以下的特点:
①每个节点有零个或多个子节点;
②每一个子节点只有一个父节点;
③没有前驱的节点为根节点;
④除了根节点外,每个子节点可以分为m个不相交的子树。