树是一种非线性的数据结构,它是由n(n>=0)个有限结点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做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。它具有以下的特点:
- 有一个特殊的结点,称为根结点,根结点没有前驱结点
- 除根结点外,其余结点被分成M(M > 0)个互不相交的集合T1、T2、…、Tm,其中每一个集合 Ti (1 <= i
<= m) 又是一棵与树类似的子树。每棵子树的根结点有且只有一个前驱,可以有0个或多个后继- 树是递归定义的。
注意:树形结构中,子树之间不能有交集,否则就不是树形结构

- 结点的度:一个结点含有子树的个数称为该结点的度; 如上图:A的度为6
- 树的度:一棵树中,所有结点度的最大值称为树的度; 如上图:树的度为6
- 叶子结点或终端结点:度为0的结点称为叶结点; 如上图:B、C、H、I…等节点为叶结点
- 双亲结点或父结点:若一个结点含有子结点,则这个结点称为其子结点的父结点; 如上图:A是B的父结点
- 孩子结点或子结点:一个结点含有的子树的根结点称为该结点的子结点; 如上图:B是A的孩子结点
- 根结点:一棵树中,没有双亲结点的结点;如上图:A
- 结点的层次:从根开始定义起,根为第1层,根的子结点为第2层,以此类推
- 树的高度或深度:树中结点的最大层次; 如上图:树的高度为4
树的以下概念只需了解,在看书时只要知道是什么意思即可- 兄弟结点:具有相同父结点的结点互称为兄弟结点; 如上图:B、C是兄弟结点
- 堂兄弟结点:双亲在同一层的结点互为堂兄弟;如上图:H、I互为兄弟结点
- 结点的祖先:从根到该结点所经分支上的所有结点;如上图:A是所有结点的祖先
- 子孙:以某结点为根的子树中任一结点都称为该结点的子孙。如上图:所有结点都是A的子孙
- 森林:由m(m>=0)棵互不相交的树组成的集合称为森林
- 非终端结点或分支结点:度不为0的结点; 如上图:D、E、F、G…等节点为分支结点
树结构相对线性表就比较复杂了,要存储表示起来就比较麻烦了,实际中树有很多种表示方式,如:双亲表示法,孩子表示法、孩子双亲表示法、孩子兄弟表示法等等。我们这里就简单的了解其中最常用的孩子兄弟表示法。
class Node {
int value; // 树中存储的数据
Node firstChild; // 第一个孩子引用
Node nextBrother; // 下一个兄弟引用
}

文件系统管理(目录和文件)
一棵二叉树是结点的一个有限集合,该集合:
- 或者为空
- 或者是由一个根节点加上两棵别称为左子树和右子树的二叉树组成
从上图可以看出:
- 二叉树不存在度大于2的结点
- 二叉树的子树有左右之分,次序不能颠倒,因此二叉树是有序树
注意:对于任意的二叉树都是由以下几种情况复合而成的:








二叉树的存储结构分为:顺序存储和类似于链表的链式存储。
二叉树的链式存储是通过一个一个的节点引用起来的,常见的表示方式有二叉和三叉表示方式,具体如下:
// 孩子表示法
class Node {
int val; // 数据域
Node left; // 左孩子的引用,常常代表左孩子为根的整棵左子树
Node right; // 右孩子的引用,常常代表右孩子为根的整棵右子树 }
// 孩子双亲表示法
class Node {
int val; // 数据域
Node left; // 左孩子的引用,常常代表左孩子为根的整棵左子树
Node right; // 右孩子的引用,常常代表右孩子为根的整棵右子树
Node parent; // 当前节点的根节点
}
孩子双亲表示法后序在平衡树位置介绍,本文采用孩子表示法来构建二叉树
在学习二叉树的基本操作前,需先要创建一棵二叉树,然后才能学习其相关的基本操作。由于现在大家对二叉树结构掌握还不够深入,为了降低大家学习成本,此处手动快速创建一棵简单的二叉树,快速进入二叉树操作学习,等二叉树结构了解的差不多时,我们反过头再来研究二叉树真正的创建方式
class BinaryTree{
public static class BTNode{
BTNode left;
BTNode right;
int value;
BTNode(int value){
this.value = value;
}
}
private BTNode root;
public void createBinaryTree(){
BTNode node1 = new BTNode(1);
BTNode node2 = new BTNode(2);
BTNode node3 = new BTNode(3);
BTNode node4 = new BTNode(4);
BTNode node5 = new BTNode(5);
BTNode node6 = new BTNode(6);
root = node1;
node1.left = node2;
node2.left = node3;
node1.right = node4;
node4.left = node5;
node5.right = node6;
}
}
注意:上述代码并不是创建二叉树的方式,真正创建二叉树方式后序详解重点讲解。
再看二叉树基本操作前,再回顾下二叉树的概念,二叉树是:
- 空树
- 非空:根节点,根节点的左子树、根节点的右子树组成的
从概念中可以看出,二叉树定义是递归式的,因此后序基本操作中基本都是按照该概念实现的
学习二叉树结构,最简单的方式就是遍历。所谓遍历(Traversal)是指沿着某条搜索路线,依次对树中每个结
点均做一次且仅做一次访问。访问结点所做的操作依赖于具体的应用问题(比如:打印节点内容、节点内容加
1)。 遍历是二叉树上最重要的操作之一,是二叉树上进行其它运算之基础
在遍历二叉树时,如果没有进行某种约定,每个人都按照自己的方式遍历,得出的结果就比较混乱,如果按
照某种规则进行约定,则每个人对于同一棵树的遍历结果肯定是相同的。如果N代表根节点,L代表根节点的
左子树,R代表根节点的右子树,则根据遍历根节点的先后次序有以下遍历方式
- NLR:前序遍历(Preorder Traversal 亦称先序遍历)——访问根结点—>根的左子树—>根的右子树。
- LNR:中序遍历(Inorder Traversal)——根的左子树—>根节点—>根的右子树。
- LRN:后序遍历(Postorder Traversal)——根的左子树—>根的右子树—>根节点
前序递归遍历
前序遍历结果:1 2 3 4 5 6(每次遍历的节点都先当做根)
中序遍历结果:3 2 1 5 4 6(只有把根的左子树遍历完,再打印根)
后序遍历结果:3 1 5 6 4 1(只有把左右子树都遍历完,再打印根)
层序遍历:除了先序遍历、中序遍历、后序遍历外,还可以对二叉树进行层序遍历。设二叉树的根节点所在
层数为1,层序遍历就是从所在二叉树的根节点出发,首先访问第一层的树根节点,然后从左到右访问第2层
上的节点,接着是第三层的节点,以此类推,自上而下,自左至右逐层访问树的结点的过程就是层序遍历
【练习】请根据以上二叉树的三种遍历方式,给出以下二叉树的:
选择题
补充:完全二叉树的 层序遍历(画图容易)
// 子问题思路 获取树中节点的个数
int size(TreeNode root) {
if(root == null) return 0;
return size(root.left) + size(root.right) + 1;
}
//遍历思路:只要遍历到了节点 就nodeSize ++
public static int nodeSize;
void size2(TreeNode root) {
if(root == null) return;
nodeSize++;
size2(root.left);
size2(root.right);
}
/*
* 利用返回值递归求节点个数
* */
int size3(TreeNode root){
if(root == null)return 0;
int ret = 1;
ret += size3(root.left);
ret += size3(root.right);
return ret;
}
if(root.left == null && root.right == null)
//子问题 获取叶子节点的个数
int getLeafNodeCount(TreeNode root) {
if(root == null) {
return 0;
}
if(root.left == null && root.right == null) {
return 1;
}
return getLeafNodeCount(root.left)
+ getLeafNodeCount(root.right);
}
//遍历思路
public static int leafSize;
void getLeafNodeCount2(TreeNode root) {
if(root == null) return;
if(root.left == null && root.right == null) {
leafSize++;
}
getLeafNodeCount2(root.left);
getLeafNodeCount2(root.right);
}
// 获取第K层节点的个数
int getKLevelNodeCount(TreeNode root,int k) {
if(root == null) return 0;
if(k == 1) {
return 1;
}
return getKLevelNodeCount(root.left, k-1) +
getKLevelNodeCount(root.right,k-1);
}
// 获取二叉树的高度 时间复杂度:O(N)
int getHeight(TreeNode root) {
if(root == null) return 0;
int leftHeight = getHeight(root.left);
int rightHeight = getHeight(root.right);
return (leftHeight > rightHeight ?
leftHeight+1 : rightHeight+1);
}
原则就是只根据一个根节点分析就好
分析如下:
分析A节点
如果A节点的值是 key
那么返回A节点
否则遍历左节点
如果左节点返回的值不是 空 那么就返回返回值
如果左节点返回值是空 那么就 遍历右节点
如果右节点的返回值不是空 那么就返回返回值
否则就直接返回空
// 检测值为value的元素是否存在
TreeNode find(TreeNode root, char val) {
if(root == null) return null;
if(root.val == val) {
return root;
}
TreeNode ret1 = find(root.left,val);
if(ret1 != null) {
return ret1;
}
TreeNode ret2 = find(root.right,val);
if(ret2 != null) {
return ret2;
}
return null;
}
- 就以根节点 为基础
先判断 两个树的根节点 进行对比- 如果两个根节点 没问题
那么就看 这个根节点的 左右子树 和另一个根节点的左右子树是不是有问题
- 一空一不空 || 两个值不同
- 两个都为空
public boolean isSameTree(TreeNode p, TreeNode q) {
//这里只是判断的 一个为空 一个不为空的情况 。
// 你没有判断 两个都是空 和 两个都不是空的情况
if(p == null && q != null || p != null && q == null) {
return false;
}
if(p == null && q == null) {
return true;
}
if(p.val != q.val) {
return false;
}
//p != null && q != null && p.val == q.val
return isSameTree(p.left,q.left) && isSameTree(p.right,q.right);
}
public boolean isSameTree(TreeNode p, TreeNode q) {
//这里只是判断的 一个为空 一个不为空的情况 。
// 你没有判断 两个都是空 和 两个都不是空的情况
if(p == null && q != null || p != null && q == null) {
return false;
}
if(p == null && q == null) {
return true;
}
if(p.val != q.val) {
return false;
}
//p != null && q != null && p.val == q.val
return isSameTree(p.left,q.left) && isSameTree(p.right,q.right);
}
//时间复杂度:O(n*m) 假设root这棵树的节点个数n subRoot节点个数是m
public boolean isSubtree(TreeNode root, TreeNode subRoot) {
if(root == null) return false;
if(isSameTree(root,subRoot)) return true;
if(isSubtree(root.left,subRoot)) return true;
if(isSubtree(root.right,subRoot)) return true;
return false;
}
if(root == null) return false;
if(isSameTree(root,subRoot)) return true;
if(isSubtree(root.left,subRoot)) return true;
if(isSubtree(root.right,subRoot)) return true;
原因:代码在递归的过程中,走遍了每个根节点
public int maxDepth(TreeNode root) {
if (root == null) {
return 0;
}
int leftHeight = maxDepth(root.left);
int rightHeight = maxDepth(root.right);
return Math.max(leftHeight, rightHeight) + 1;
}
//时间复杂度:O(N^2)
public boolean isBalanced(TreeNode root) {
if(root == null) return true;
int leftHeight = getHeight(root.left);
int rightHeight = getHeight(root.right);
return Math.abs(leftHeight-rightHeight) <= 1
&& isBalanced(root.left)
&& isBalanced(root.right);
}
//这个题 是字节考过的原题 O(n)
public int maxDepth(TreeNode root) {
if(root == null) return 0;
int leftTree = maxDepth(root.left);
int rightTree = maxDepth(root.right);
if(leftTree >= 0 && rightTree >= 0 && Math.abs(leftTree - rightTree) <= 1) {
return Math.max(leftTree,rightTree) + 1;
}else {
return -1;
}
}
public boolean isBalanced2(TreeNode root) {
if(root == null) return true;
return maxDepth(root) >= 0;
}
public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
if(root == null) {
return true;
}
return isSymmetricChild(root.left,root.right);
}
private boolean isSymmetricChild(TreeNode leftTree,TreeNode rightTree) {
if(leftTree == null && rightTree != null || leftTree != null && rightTree == null) {
return false;
}
if(leftTree == null && rightTree == null) {
return true;
}
if(leftTree.val != rightTree.val) {
return false;
}
return isSymmetricChild(leftTree.left,rightTree.right) &&
isSymmetricChild(leftTree.right,rightTree.left);
}
//层序遍历
void levelOrder(TreeNode root) {
if(root == null) return;
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode cur = queue.poll();
System.out.print(cur.val+" ");
if(cur.left != null) {
queue.offer(cur.left);
}
if(cur.right != null) {
queue.offer(cur.right);
}
}
System.out.println();
}
/**
* 层序遍历
* @param root
* @return
*/
public List<List<Integer>> levelOrder2(TreeNode root) {
//还是依赖于队列
List<List<Integer>> ret = new ArrayList<>();
if(root == null) return ret;
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
int size = queue.size();//4
List<Integer> row = new ArrayList<>();
while (size > 0) {
TreeNode cur = queue.poll();
size--;//0
//System.out.print(cur.val + " ");
row.add(cur.val);
if (cur.left != null) {
queue.offer(cur.left);
}
if (cur.right != null) {
queue.offer(cur.right);
}
}
ret.add(row);
}
return ret;
}
判断一棵树是否为完全二叉树
// 判断一棵树是不是完全二叉树
boolean isCompleteTree(TreeNode root) {
if(root == null) return true;
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode cur = queue.poll();
if(cur != null) {
queue.offer(cur.left);
queue.offer(cur.right);
}else {
break;
}
}
while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode cur = queue.peek();
if(cur != null) {
//不是满二叉树
return false;
}else {
queue.poll();
}
}
return true;
}
import java.util.Scanner;
public class Main {
class TreeNode {
public char val;
public TreeNode left;
public TreeNode right;
public TreeNode(char val) {
this.val = val;
}
}
public int i = 0;//不建议定义静态的成员变量
public TreeNode createTree(String s) {
TreeNode root = null;
if(s.charAt(i) != '#') {
root = new TreeNode(s.charAt(i));
i++;
root.left = createTree(s);
root.right = createTree(s);
} else {
i++;
}
return root;
}
public void inorder(TreeNode root) {
if(root == null) return;
inorder(root.left);
System.out.print(root.val+" ");
inorder(root.right);
}
public static void main(String[] args) {
Scanner scan = new Scanner(System.in);
while(scan.hasNextLine()) {
String s = scan.nextLine();
Main m = new Main();
TreeNode root = m.createTree(s);
m.inorder(root);
}
}
}
i++;
root.left = createTree(s);
root.right = createTree(s);
也就是构造树的过程中
不用担心如何保证,节点依次是按着左边 构建的
因为递归可以保证,构建是依次按着左边去的
然后当左边的递归结束,右边的递归开始,并且是依次从下往上的了(这就是递归的规则!!)
//最近公共祖先
public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
if(root == null) {
return null;
}
if(root == p || root == q) {
return root;
}
TreeNode retLeft = lowestCommonAncestor(root.left,p,q);
TreeNode retRight = lowestCommonAncestor(root.right,p,q);
if(retLeft != null && retRight != null) {
return root;
}else if(retLeft != null) {
return retLeft;
}else{
return retRight;
}
}
public TreeNode lowestCommonAncestor2(TreeNode root,
TreeNode p, TreeNode q) {
if(root == null || p == null || q == null) {
return null;
}
Stack<TreeNode> stack1 = new Stack<>();
getPath(root,p,stack1);
Stack<TreeNode> stack2 = new Stack<>();
getPath(root,q,stack2);
int size1 = stack1.size();
int size2 = stack2.size();
if(size1 > size2) {
int tmp = size1-size2;
while (tmp != 0) {
stack1.pop();
tmp--;
}
}else {
int tmp = size2-size1;
while (tmp != 0) {
stack2.pop();
tmp--;
}
}
private boolean getPath(TreeNode root, TreeNode node,
Stack<TreeNode> stack) {
if(root == null || node == null) {
return false;
}
stack.push(root);
if(root == node) {
return true;
}
boolean ret1 = getPath(root.left,node,stack);
//不能判断false的问题,因为此时只能证明左边不存在
if(ret1) {
return true;
}
boolean ret2 = getPath(root.right,node,stack);
if(ret2) {
return true;
}
// 根节点不是 跟的左边没找到 根的右边没找到
stack.pop();
return false;
}
import java.util.*;
/**
public class TreeNode {
int val = 0;
TreeNode left = null;
TreeNode right = null;
public TreeNode(int val) {
this.val = val;
}
}
*/
public TreeNode prev = null;
public void ConvertChild(TreeNode root) {
if(root == null) return;
ConvertChild(root.left);
//System.out.print(root.val+" ");
root.left = prev;
if(prev != null) {
prev.right = root;
}
prev = root;
ConvertChild(root.right);
}
public TreeNode Convert(TreeNode pRootOfTree) {
if(pRootOfTree == null) return null;
ConvertChild(pRootOfTree);
TreeNode head = pRootOfTree;
while(head.left != null) {
head = head.left;
}
return head;
}
前序中序构建树
public int preIndex = 0;
private TreeNode buildTreeChild(int[] preorder,int[] inorder,int inbegin,int inend) {
//没有了左树 或者 没有了右树
if(inbegin > inend) {
return null;
}
TreeNode root = new TreeNode( preorder[preIndex]);
//找到当前根节点 在中序遍历中的位置
int rootIndex = findInorderIndex(inorder, preorder[preIndex],inbegin,inend);
preIndex++;
root.left = buildTreeChild(preorder,inorder,inbegin,rootIndex-1);
root.right = buildTreeChild(preorder,inorder,rootIndex+1,inend);
return root;
}
private int findInorderIndex(int[] inorder,int val,int inbegin,int inend) {
for(int i = inbegin;i <= inend;i++) {
if(inorder[i] == val) {
return i;
}
}
return -1;
}
public TreeNode buildTree(int[] preorder, int[] inorder) {
return buildTreeChild(preorder,inorder,0,inorder.length-1);
}
- 前序遍历数组,后序遍历数组
- 后序遍历的 分界角标
TreeNode root = new TreeNode( preorder[preIndex]);
//找到当前根节点 在中序遍历中的位置
int rootIndex = findInorderIndex(inorder, preorder[preIndex],inbegin,inend);
preIndex++;
root.left = buildTreeChild(preorder,inorder,inbegin,rootIndex-1);
root.right = buildTreeChild(preorder,inorder,rootIndex+1,inend);
return root;
root.left = buildTreeChild(preorder,inorder,inbegin,rootIndex-1);
root.right = buildTreeChild(preorder,inorder,rootIndex+1,inend);
原理:
后序遍历(左-右-根)那么就是根据从后往前找,依次是根节点,然后利用中序遍历分出左右树。
和上一题的差别就是,前序遍历是从前往后分别是根,后序遍历是从后往前依次是根
public int postIndex = 0;//在函数中已经修改成后序遍历的数组长度
private TreeNode buildTreeChild(int[] postorder,int[] inorder,int inbegin,int inend) {
//没有了左树 或者 没有了右树
if(inbegin > inend) {
return null;
}
TreeNode root = new TreeNode( postorder[postIndex]);
//找到当前根节点 在中序遍历中的位置
int rootIndex = findInorderIndex(inorder, postorder[postIndex],inbegin,inend);
postIndex--;
root.right = buildTreeChild(postorder,inorder,rootIndex+1,inend);
root.left = buildTreeChild(postorder,inorder,inbegin,rootIndex-1);
return root;
}
private int findInorderIndex(int[] inorder,int val,int inbegin,int inend) {
for(int i = inbegin;i <= inend;i++) {
if(inorder[i] == val) {
return i;
}
}
return -1;
}
public TreeNode buildTree(int[] inorder, int[] postorder) {
postIndex = postorder.length-1;
return buildTreeChild(postorder,inorder,0,inorder.length-1);
}
前序遍历二叉树转成字符串
public String tree2str(TreeNode root) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
tree2strChild(root,sb);
return sb.toString();
}
private void tree2strChild(TreeNode t,StringBuilder sb) {
if(t == null) return ;
sb.append(t.val);
if(t.left != null) {
sb.append("(");
tree2strChild(t.left,sb);
sb.append(")");
}else {
if(t.right == null) {
return;
}else{
sb.append("()");
}
}
if(t.right == null) {
return;
}else{
sb.append("(");
tree2strChild(t.right,sb);
sb.append(")");
}
}
void preOrder(TreeNode root) {
if(root == null) return;
System.out.print(root.val+" ");
preOrder(root.left);
preOrder(root.right);
}
public List<Integer> preorderTraversal(TreeNode root) {
List<Integer> ret = new ArrayList<>();
if(root == null) return ret;
ret.add(root.val);
List<Integer> leftTree = preorderTraversal(root.left);
ret.addAll(leftTree);
List<Integer> rightTree = preorderTraversal(root.right);
ret.addAll(rightTree);
return ret;
public void preorderTraversalNor(TreeNode root) {
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
TreeNode cur = root;
while (cur != null || !stack.empty()) {
while (cur != null) {
stack.push(cur);
System.out.print(cur.val + " ");
cur = cur.left;
}
TreeNode top = stack.pop();
cur = top.right;
}
}
void inOrder(TreeNode root) {
if(root == null) return;
inOrder(root.left);
System.out.print(root.val+" ");
inOrder(root.right);
}
public List<Integer> inorderTraversal(TreeNode root) {
List<Integer> ret = new ArrayList<>();
if(root == null) return ret;
List<Integer> leftTree = inorderTraversal(root.left);
ret.addAll(leftTree);
ret.add(root.val);
List<Integer> rightTree = inorderTraversal(root.right);
ret.addAll(rightTree);
return ret;
}
public void inorderTraversal(TreeNode root) {
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
TreeNode cur = root;
while (cur != null || !stack.empty()) {
while (cur != null) {
stack.push(cur);
cur = cur.left;
}
TreeNode top = stack.pop();
System.out.print(top.val + " ");
cur = top.right;
}
}
void postOrder(TreeNode root) {
if(root == null) return;
postOrder(root.left);
postOrder(root.right);
System.out.print(root.val+" ");
}
public List<Integer> postorderTraversal(TreeNode root) {
List<Integer> ret = new ArrayList<>();
if(root == null) return ret;
List<Integer> leftTree = postorderTraversal(root.left);
ret.addAll(leftTree);
List<Integer> rightTree = postorderTraversal(root.right);
ret.addAll(rightTree);
ret.add(root.val);
return ret;
}
public void postorderTraversal(TreeNode root) {
Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
TreeNode prev = null;
TreeNode cur = root;
while (cur != null || !stack.empty()) {
while (cur != null) {
stack.push(cur);
cur = cur.left;
}
TreeNode top = stack.peek();
//top.right 如果已经被访问了 也要弹出top所指向的节点
if (top.right == null || top.right == prev) {
stack.pop();
System.out.print(top.val + " ");
prev = top;
} else {
cur = top.right;
}
}
}