如何实现Java数据结构中的线索化二叉树？

package com.studySelf.tree.threadedBinaryTree; /** * @author wang * @version 1.0 * @packageName com.studySelf.tree.tree01 * @className Node * @date 2022/4/19 20:15 * @Description Node结点 */ public class Node { //唯一编号 private int num; //结点的值 private String name; //左结点 private Node left; //右节点 private Node right; //这个属性用来控制线索二叉树的结点的指向，0代表指向左结点，1代表指向前趋结点 private int leftType; //这个属性用来控制线索二叉树的结点的指向，0代表指向右结点，1代表指向后继结点 private int rightType; //构造方法 public Node(int num, String name) { this.num = num; this.name = name; } public int getLeftType() { return leftType; } public void setLeftType(int leftType) { this.leftType = leftType; } public int getRightType() { return rightType; } public void setRightType(int rightType) { this.rightType = rightType; } public int getNum() { return num; } public void setNum(int num) { this.num = num; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public Node getLeft() { return left; } public void setLeft(Node left) { this.left = left; } public Node getRight() { return right; } public void setRight(Node right) { this.right = right; } @Override public String toString() { return "Node{" + "num=" + num + ", name='" + name + '}'; } /** * 前序遍历 */ public void preSelect() { //首先输出根结点 System.out.println(this); //其次判断是否有左结点 if (this.left != null) { //没有左结点，就递归调用本方法输出该结点。 this.left.preSelect(); } if (this.right != null) { this.right.preSelect(); } } /** * 中序遍历 */ public void infixSelect() { //首先判断左结点 if (this.left != null) { //如果左结点不为空，递归向左子树调用 this.left.infixSelect(); } //当左结点为空，再输出根结点。当他本身就是最后一个左结点的时候，会直接输出，且没有右节点 System.out.println(this); if (this.right != null) { //右节点同样如此，递归调用。直到没有结点为止。 this.right.infixSelect(); } } /** * 设二叉树有三个结点，根结点，左结点，右节点。 * 后序遍历,解释，当一个二叉树的左结点不为空，那么他会进入下一个递归调用自己的后序遍历方法 * 此时，根结点就是左结点，这时判断左结点，右节点均为空，就会输出左结点 * 回退到根结点为this的时候，左结点已经判断完毕，接下来是右节点，右节点不为空，进入后续遍历递归， * 此时的this就是右节点，进入递归后，判断，不存在左右结点，输出this，也就是整个二叉树的右节点 * 回退到this为根结点时，右节点也已经输出，走到最后一步，输出自己也就是this。 * 整个后序遍历就结束，那么该二叉树的遍历结果就是左，右，根 */ public void afterSelect() { if (this.left != null) { this.left.afterSelect(); } if (this.right != null) { this.right.afterSelect(); } System.out.println(this); } /** * @param num * @Date 2022/4/21 17:51 * @Param * @Return Node * @MetodName preSearchByNum * @Author wang * @Description 根据结点的编号来查询结点, 前序遍历查询，根，左，右 */ public Node preSearchByNum(int num) { //首先判断传进来的num与该结点的num是否相等 //如果相等，那该结点就是我们要找的结点。 if (this.num == num) { return this; } //如果不相等，该结点就不是我们要找的结点 //那么我们就遍历该结点的左子节点，和右子结点 //定义一个结点用于接收最后的返回结果 Node resultNode = null; //如果该结点的左子结点不为空，就递归调用前序遍历，继续查找，如果找到了，那么resultNode就是我们想要的值 if (this.left != null) { resultNode = this.left.preSearchByNum(num); } //如果遍历完左子结点，已经找到了我们想要的结果，直接返回结果即可， if (resultNode != null) { return resultNode; } //如果左子结点为空，且没有找到我们想要的结点的情况下。那就判断右子结点 if (this.right != null) { resultNode = this.right.preSearchByNum(num); } //最后，如果找到了，那么resultNode一定会被赋值，如果没找到，就会返回null return resultNode; } /** * @param num * @Date 2022/4/21 17:58 * @Param * @Return Node * @MetodName infixSearchByNum * @Author wang * @Description 中序遍历查找，左，根，右进行查询即可。 */ public Node infixSearchByNum(int num) { //首先判断左子结点,如果存在左子结点，递归继续查询遍历即可即可。 Node resultNode = null; if (this.left != null) { resultNode = this.left.infixSearchByNum(num); } //如果左子结点已经找到了我们想要的结点，直接返回当前结点即可 if (resultNode != null) { return resultNode; } //判断根结点 if (this.num == num) { return this; } //判断右子结点， if (this.right != null) { resultNode = this.right.infixSearchByNum(num); } //最后返回我们的结果即可。 return resultNode; } /** * @param num * @Date 2022/4/21 19:15 * @Param * @Return Node * @MetodName afterSearchNum * @Author wang * @Description 后续遍历结点进行查找结点。左，右，根 */ public Node afterSearchNum(int num) { Node resultNode = null; //首先遍历左结点 if (this.left != null) { resultNode = this.left.afterSearchNum(num); } //判断左结点是否找到哦啊 if (resultNode != null) { return resultNode; } //判断右节点是否为空 if (this.right != null) { resultNode = this.right.afterSearchNum(num); } //判断右节点是否找到 if (resultNode != null) { return resultNode; } //判断根结点是否为我们找的结点 if (this.num == num) { return this; } //最后返回 return resultNode; } /** * @param num * @Date 2022/4/25 19:30 * @Param * @Return void * @MetodName delNodeByNum * @Author wang * @Description 根据结点的编号删除结点 */ public void delNodeByNum(int num) { //首先，判断当前结点的左结点是否为空，并且左结点的num是否与num相等 if (this.left != null && this.left.num == num) { //如果相等，那就说明该结点就是我们要删除的结点,将其左结点置空即可 this.left = null; return; } //如果左结点没有执行，说明左结点没有我们想要的结果，也就是要删除的结点不在左结点 //那么就对右节点进行判断 if (this.right != null && this.right.num == num) { this.right = null; return; } //如果左右结点均没有找到目标结点 //那么就对左子树进行递归删除操作 if (this.left != null) { this.left.delNodeByNum(num); } //同理，如果左子树没有目标结点，向右子树进行递归删除操作 if (this.right != null) { this.right.delNodeByNum(num); } } }

//这个属性用来控制线索二叉树的结点的指向，0代表指向左结点，1代表指向前趋结点 private int leftType; //这个属性用来控制线索二叉树的结点的指向，0代表指向右结点，1代表指向后继结点 private int rightType;

/**中序线索化二叉树*/ /** * @param node 该结点为根结点，从根节点开始线索化二叉树，中序 */ public void infixThreadNodes(Node node) { /**首先判断二叉树的根节点上会否为空，如果根结点为空，不可以线索化，因为没有二叉树*/ if (node == null) { return; } /**接着对左子树进行线索化*/ infixThreadNodes(node.getLeft()); /**对当前结点进行线索化*/ /**首先判断当前结点的左子结点是否为空*/ if (node.getLeft() == null) { //如果左子结点为空，说明就找到了我们需要线索化的结点 //就可以将pre也就是一直在当前结点的前趋结点设置给当前结点的左子结点， //如果这是第一个结点，那么pre为空，正好第一个结点的前趋结点也为空 node.setLeft(pre); //并且将它的左子结点的类型设置为前趋结点。1代表前趋结点 node.setLeftType(1); } /**接着判断前趋结点的右子结点是否为空，前提是前趋结点不能为空，如果他为空，说明这是第一个结点还没走完*/ if (pre != null && pre.getRight() == null) { //如果条件满足，说明前趋结点现在已经走到了值，并且还没有线索到后继结点， // 也就是当前结点的上一个结点（这个上一个结点就是当前的前趋结点）还没有后继， //那么上一个结点的后继结点就是当前结点，因此赋值前趋结点（也就是上一个结点）的后继结点为当前结点。 //这样这条线索就连接上了,并且只有满足叶子结点的结点才可以进行线索化 pre.setRight(node); pre.setRightType(1); } //当前两步走完之后，就可以将pre结点赋值为当前结点， // 因为下一个结点一走，当前结点就是前趋结点了。直到走到全部线索化结束 //这步十分重要，这一步不写，整个线索化就连接不上 pre = node; /**对右子树进行线索化*/ infixThreadNodes(node.getRight()); }

/**遍历中序线索化二叉树*/ public void infixThreadNodesSelect() { /**第一个结点为根结点*/ Node node = root; while(node != null) { /**当结点不为空，就一直遍历*/ /**当该结点的左子结点的类型为1的时候，也就是说该结点是被线索化的结点, * 因为是中序遍历，所以应该遍历到最左边的最左子结点，那么就是第一个 * 左子结点类型为1的结点。*/ while(node.getLeftType() == 0) { node = node.getLeft(); } /**当左子结点的类型为1,输出左子结点*/ System.out.println(node); /**当右子结点类型为1，当前结点输出完毕后 * 中序遍历就应该输出右子结点，那么就是当前结点的右子结点类型只要为1，就往后移动 * 并且输出，当他为0，说明没有线索化，那么没有后继结点，但是他有右子结点， * 因此要在循环结束以后向后移动。*/ while (node.getRightType() == 1) { node = node.getRight(); System.out.println(node); } /**当右子结点循环退出，说明这里到了类型为0也就是后继结点*/ node = node.getRight(); }

/** * 前序线索化二叉树 */ public void preThreadNodes(Node node) { /**首先判断当前节点是否为空*/ if (node == null) { return; } /**如果是前序遍历，那么先对当前结点进行判断，当前结点的前趋结点的操作*/ if (node.getLeft() == null) { node.setLeft(pre); node.setLeftType(1); } /**处理后继结点,定义的前趋结点不为空，说明他有值，就是已经存在了上一个结点的值，他的右子结点没有值的话，就可以 * 给他赋予后继结点为当前结点，这里赋予的也就是上一个结点*/ if (pre != null && pre.getRight() == null) { pre.setRight(node); pre.setRightType(1); } /**这里是关键的一步*/ pre = node; /**对左子结点进行线索化,注意，这里需要排除已经被线索化掉的结点,因为这里要考虑一个情况， * 比如这里已将到了最下面一个左子结点，由于是前序遍历，遍历到左子结点，他的前趋结点在上面就设置了 * 如果这里不判断左子结点的类型，那么就会进入递归，但是这个递归如果进去了，就是错误的递归，因为他传过去的结点 * 是我们刚刚给他赋值的前趋结点，也就是根结点。会发生错误。因此得判断类型*/ if (node.getLeftType() != 1) { preThreadNodes(node.getLeft()); } /**对右子结点进行递归线索化*/ if (node.getRightType() != 1) { preThreadNodes(node.getRight()); } }

/** * 前序遍历线索二叉树*/ public void preThreadNodeSelect() { Node node = root; while(node !=null) { while(node.getLeftType() == 0) { /**前序遍历为根左右，先输出根结点,因为他每次进来循环肯定是先到根结点，所以一进该循环 * 就要输出根结点，当他的lefttype=1循环结束，说明遇到了被线索化的地方了。*/ System.out.println(node); /**再最左子结点进行遍历*/ node = node.getLeft(); } /**上面的循环结束之后就应该输出当前结点，也就是那个序列化的结点 * 之后结点向右移动继续遍历*/ System.out.println(node); node = node.getRight(); } }

/** * 后序线索化二叉树的方法 */ public void postThreadedBinaryTree(Node node) { /**首先判断结店不能为空*/ if (node == null) { return; } /**先后续线索化左子结点*/ postThreadedBinaryTree(node.getLeft()); /**在后续线索化右子结点*/ postThreadedBinaryTree(node.getRight()); /**处理当前结点的前趋结点*/ if (node.getLeft() == null) { node.setLeft(pre); node.setLeftType(1); } /**处理后继结点*/ if (pre != null && pre.getRight() == null) { pre.setRight(node); pre.setRightType(1); } pre = node; }