1. 顺序存储概述
顺序存储是一种将数据元素连续存储在计算机内存中的数据组织方式。对于二叉树这种数据结构,采用顺序存储可以简化存储和访问过程,提高算法效率。
2. 顺序存储结构
二叉树的顺序存储结构将二叉树中的结点存储在一个一维数组(或向量)中,称为结点数组。结点数组的每个元素称为一个结点空间,它用于存储一个二叉树结点的信息。
3. 储存方式
二叉树采用顺序存储的方式有两种:
完全二叉树存储法:适用于完全二叉树,将二叉树中的结点按层次遍历的顺序存储,即从根结点开始,先存储左子树的所有结点,再存储右子树的所有结点。
孩子链式存储法:适用于任意二叉树,将二叉树中的结点按先序遍历的顺序存储,每个结点存储指向其左右子树的指针。
4. 结点结构
结点数组中的每个结点空间通常包含以下信息:
数据域:存储结点中的数据元素。
左指针:存储结点左子树的根结点的索引,如果不存在则为特殊值(如 -1)。
右指针:存储结点右子树的根结点的索引,如果不存在则为特殊值(如 -1)。
5. 结点索引
结点数组中的结点索引是唯一标识结点在数组中的位置。根结点的索引通常为 0,其他结点的索引可以通过遍历算法计算得到。
6. 查找算法
在顺序存储的二叉树中查找一个结点可以使用递归算法或迭代算法。递归算法根据二叉树的性质分情况查找,迭代算法则采用先序、中序或后序遍历的方式逐个结点进行查找。
7. 插入和删除算法
在顺序存储的二叉树中插入或删除一个结点需要重新调整结点数组中结点的索引。插入算法需要找到适当位置插入新结点并调整后续结点的索引,删除算法需要找到待删除结点及其子结点,并调整后续结点的索引。
8. 优点
二叉树的顺序存储形式具有以下优点:
访问效率高:由于结点连续存储,一次查找最多只需一次内存访问。
存储空间利用率高:对于完全二叉树,采用完全二叉树存储法可以充分利用存储空间。
便于维护:插入和删除操作可以通过调整索引来完成,相对简单。
9. 缺点
二叉树的顺序存储形式也存在以下缺点:
浪费存储空间:对于非完全二叉树,采用完全二叉树存储法可能导致大量存储空间浪费。
结点索引容易变化:插入或删除操作会影响后续结点的索引,需要进行调整。
不适用于大规模数据:当二叉树数据量较大时,顺序存储会占用大量连续存储空间,可能导致内存不足。
10. 应用
二叉树的顺序存储形式广泛应用于各种数据结构和算法中,例如:
二叉搜索树(BST)
二叉堆
哈夫曼树
最小生成树算法
表达式求值