个人的二叉树练习代码

发表于 2018-01-14  210 次阅读


这是学习树之后迈出的第二步,只是一个小小的练习,基本功能似乎都实现了,有错什么的怎么样都可以啦

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package com.ds;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

import javax.security.auth.Destroyable;

/**
 * 二叉树
 * @author Miko
 * @param <T> 指定泛型数据。
 */

public class BinaryTree<T> implements Destroyable {
    /**
     * 树的数据。
     */

    private T data;
    /**
     * 父节点。
     */

    private BinaryTree<T> parent;
    /**
     * 左孩子节点。
     * @see #setLeftChild(BinaryTree)
     * @see #removeLeftChild()
     * @see #removeAllChilds()
     */

    private BinaryTree<T> lchild;
    /**
     * 右孩子节点。
     * @see #setRightChild(BinaryTree)
     * @see #removeRightChild()
     * @see #removeAllChilds()
     */

    private BinaryTree<T> rchild;
   
    /**
     * 构造一棵空树。
     */

    public BinaryTree() {
        data = null;
        lchild = null;
        rchild = null;
        parent = null;
    }
   
    /**
     * 构造一个叶子节点。
     * @param data 数据值
     */

    public BinaryTree(T data) {
        this.data = data;
        lchild = null;
        rchild = null;
        parent = null;
    }
   
    /**
     * 获取树的数据。
     * @return 树的数据
     */

    public T getData() {
        return data;
    }
   
    /**
     * 设置父节点
     * @param parent 父节点
     */

    public void setParent(BinaryTree<T> parent) {
        this.parent = parent;
    }
   
    /**
     * 获取父节点。
     * @return 父节点
     */

    public BinaryTree<T> getParent(){
        return parent;
    }
   
    /**
     * 获取左孩子节点。
     * @return 左孩子节点
     */

    public BinaryTree<T> getLeftChild(){
        return lchild;
    }
   
    /**
     * 获取右孩子节点。
     * @return 右孩子节点
     */

    public BinaryTree<T> getRightChild(){
        return rchild;
    }
   
    /**
     * 获取节点的度。
     * @return 节点的度
     */

    public int getNodeDegree() {
        int degree = 0;
        if(lchild != null)
            degree++;
        if(rchild != null) {
            degree++;
        }
        return degree;
    }
   
    /**
     * 以先序查询指定索引的节点。<br>
     * 如果查询空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果输入非法索引则抛出<code>{@link ArrayIndexOutOfBoundsException}</code>。<br>
     * @param index 索引
     * @return 节点
     * @throws Exception
     * @see #isEmptyTree()
     * @see #size()
     * @see #getAllTreesByPreOrder()
     */

    public BinaryTree<T> getNodeByPreIndex(int index) throws Exception{
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能从空节点中获取指定索引的节点。");
        }else if(index >= size() || index < 0) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }else if(index == 0) {
            return this;
        }else {
            int index2 = 0;
            List<BinaryTree<T>> trees = getAllTreesByPreOrder();
            for (BinaryTree<T> binaryTree : trees) {
                if(index2 == index) {
                    return binaryTree;
                }
                index2++;
            }
        }
        throw new Exception("其他错误!");
    }
   
    /**
     * 以中序查询指定索引的节点。<br>
     * 如果查询空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果输入非法索引则抛出<code>{@link ArrayIndexOutOfBoundsException}</code>。<br>
     * @param index 索引
     * @return 节点
     * @throws Exception
     * @see #isEmptyTree()
     * @see #size()
     * @see #getAllTreesByMidOrder()
     */

    public BinaryTree<T> getNodeByMidIndex(int index) throws Exception{
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能从空节点中获取指定索引的节点。");
        }else if(index >= size() || index < 0) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }else if(index == 0) {
            return this;
        }else {
            int index2 = 0;
            List<BinaryTree<T>> trees = getAllTreesByMidOrder();
            for (BinaryTree<T> binaryTree : trees) {
                if(index2 == index) {
                    return binaryTree;
                }
                index2++;
            }
        }
        throw new Exception("其他错误!");
    }
   
    /**
     * 以后序查询指定索引的节点。<br>
     * 如果查询空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果输入非法索引则抛出<code>{@link ArrayIndexOutOfBoundsException}</code>。<br>
     * @param index 索引
     * @return 节点
     * @throws Exception
     * @see #isEmptyTree()
     * @see #size()
     * @see #getAllTreesByAftOrder()
     */

    public BinaryTree<T> getNodeByAftIndex(int index) throws Exception{
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能从空节点中获取指定索引的节点。");
        }else if(index >= size() || index < 0) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }else if(index == 0) {
            return this;
        }else {
            int index2 = 0;
            List<BinaryTree<T>> trees = getAllTreesByAftOrder();
            for (BinaryTree<T> binaryTree : trees) {
                if(index2 == index) {
                    return binaryTree;
                }
                index2++;
            }
        }
        throw new Exception("其他错误!");
    }
   
    /**
     * 获取节点总数。
     * @return 总节点数。
     */

    public int size() {
        int size = 0;
        if(!isEmptyTree()) {
            size++;
            if(lchild != null)
                size += lchild.size();
            if(rchild != null)
                size += rchild.size();
        }
        return size;
    }
   
    /**
     * 判断树是否为空。
     * @return 是否为空树
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    public boolean isEmptyTree() {
        return data == null && lchild == null && rchild == null;
    }
   
    /**
     * 判断是否为叶子节点。
     * @return 是否为叶子节点
     * @see #isEmptyTree()
     * @see #getNodeDegree()
     */

    public boolean isLeaf() {
        return !isEmptyTree() && getNodeDegree() == 0;
    }
   
    /**
     * 树的高度。
     * @return 树的高度
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     * @see #isEmptyTree()
     */

    public int height() {
        int height = 0;
        int lheight = 0;
        int rheight = 0;
        if(!isEmptyTree()) {
            height++;
        }
        if(lchild != null) {
            lheight += lchild.height();
        }
        if(rchild != null) {
            rheight += rchild.height();
        }
        if(lheight > rheight) {
            height += lheight;
        }else {
            height += rheight;
        }
        return height;
    }
   
    /**
     * 检测树中是否有该节点。
     * @param subTree 受检节点
     * @return 是否存在
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    public boolean isSubTreeExists(BinaryTree<T> subTree) {
        boolean flag = false;
        if(subTree == this) {
            return true;
        }else if(lchild == subTree || rchild == subTree) {
            return true;
        }else {
            if(lchild != null)
                flag = lchild.isSubTreeExists(subTree);
            if(!flag) {
                if(rchild != null)
                    flag = rchild.isSubTreeExists(subTree);
            }
        }
        return flag;
    }
   
    /**
     * 查询整棵树中是否有该节点。
     * @param tree 受检节点
     * @return FLAG
     * @see #isSubTreeExists(Tree)
     * @see #parent
     */

    public boolean isNodeExistsInGlobalTree(BinaryTree<T> tree) {
        if(parent == null) {
            return isSubTreeExists(tree);
        }else if(tree == this) {
            return true;
        }else {
            return parent.isNodeExistsInGlobalTree(tree);
        }
    }
   
    /**
     * 以国内教学标准判断是否是满二叉树。<br>
     * 如果是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 是否是满二叉树
     * @see #isEmptyTree()
     * @see #isLeaf()
     * @see #getNodeDegree()
     * @see #height()
     */

    public boolean isFullTree() {
        boolean isFullTree = true;
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不要判断一颗空树。");
        }
        if(parent == null && isLeaf()) {
            isFullTree = false;
        }else if(height() == 2 && getNodeDegree() == 2){
            isFullTree = true;
        }else if((lchild == null || rchild == null)){
            if(!isLeaf())
                isFullTree = false;
        }else if(lchild.height() < height() - 1 || rchild.height() < height() - 1) {
            isFullTree = false;
        }else if(getNodeDegree() == 2) {
            isFullTree = lchild.isFullTree();
            if(isFullTree)
                isFullTree = rchild.isFullTree();
        }else {
            isFullTree = false;
        }
           
        return isFullTree;
    }
   
    /**
     * 增加左孩子节点。<br>
     * 如果已有左孩子节点则抛出<code>{@link Exception}</code>。<br>
     * 如果参数是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果这棵树是空树或子节点是空树将抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果将存在的节点插入到树中将抛出<code>{@link IllegalArgumentException}</code>。
     * 要添加的节点
     * @param lchild
     * @return FLAG
     * @throws Exception
     * @see #lchild
     * @see #isEmptyTree()
     */

    public int setLeftChild(BinaryTree<T> lchild) throws Exception {
        if(lchild.isEmptyTree()) {
            throw new Exception("不能添加空树为节点。");
        }else if(lchild.isEmptyTree()){
            throw new NullPointerException("不能增加空树为子节点!");
        }else if(isNodeExistsInGlobalTree(lchild)){
            throw new IllegalArgumentException("不能增加已存在的节点!");
        }else if(this.lchild == null) {
            this.lchild = lchild;
            lchild.setParent(this);
        }else {
            throw new Exception("左孩子节点已存在。");
        }
        return 1;
    }
   
    /**
     * 判断是否为完全二叉树。<br>
     * 如果是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 是否为完全二叉树
     * @see #isEmptyTree()
     * @see #isLeaf()
     * @see #height()
     */

    public boolean isCompleteBinaryTree() {
        boolean isCompleteBinaryTree = true;
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不要判断一颗空树。");
        }
        if(lchild != null && lchild.height() >= height() - 1) {
            if(height() == 2) {
                isCompleteBinaryTree = true;
            }else if(rchild != null && rchild.height() >= height() - 2) {
                if(lchild.isLeaf()) {
                    isCompleteBinaryTree = true;
                }else {
                    isCompleteBinaryTree = lchild.isCompleteBinaryTree();
                }
                if(rchild.isLeaf()) {
                    isCompleteBinaryTree = true;
                }else {
                    isCompleteBinaryTree = rchild.isCompleteBinaryTree();
                }
            }else {
                isCompleteBinaryTree = false;
            }
        }else {
            isCompleteBinaryTree = false;
        }
        return isCompleteBinaryTree;
    }

    /**
     * 增加右孩子节点。<br>
     * 如果已有右孩子节点则抛出<code>{@link Exception}</code>。<br>
     * 如果参数是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果这棵树是空树或子节点是空树将抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。<br>
     * 如果将存在的节点插入到树中将抛出<code>{@link IllegalArgumentException}</code>。
     * @param rchild 要添加的节点
     * @return FLAG
     * @throws Exception
     * @see #rchild
     * @see #isEmptyTree()
     */

    public int setRightChild(BinaryTree<T> rchild) throws Exception {
        if(rchild.isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能添加空树为节点。");
        }else if(rchild.isEmptyTree()){
            throw new NullPointerException("不能增加空树为子节点!");
        }else if(isNodeExistsInGlobalTree(rchild)){
            throw new IllegalArgumentException("不能增加已存在的节点!");
        }else if(this.rchild == null) {
            this.rchild = rchild;
            rchild.setParent(this);
        }else {
            throw new Exception("右孩子节点已存在。");
        }
        return 1;
    }
   
    /**
     * 删除所有子节点。<br>
     * 若是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return FLAG
     * @see #isEmptyTree()
     */

    public int removeAllChilds() {
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能删除空树的子节点。");
        }
        if(lchild != null) {
            lchild.clear();
            lchild.destroy();
            lchild = null;
        }
        if(rchild != null) {
            rchild.clear();
            rchild.destroy();
            rchild = null;
        }
        return 1;
    }
   
    /**
     * 删除左孩子节点。<br>
     * 若是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return FLAG
     * @see #isEmptyTree()
     */

    public int removeLeftChild() {
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能删除空树的子节点。");
        }
        if(lchild != null) {
            lchild.clear();
            lchild.destroy();
            lchild = null;
        }
        return 1;
    }
   
    /**
     * 删除右孩子节点。<br>
     * 若是空树则抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return FLAG
     * @see #isEmptyTree()
     */

    public int removeRightChild() {
        if(isEmptyTree()) {
            throw new NullPointerException("不能删除空树的子节点。");
        }
        if(rchild != null) {
            rchild.clear();
            rchild.destroy();
            rchild = null;
        }
        return 1;
    }
   
    /**
     * 删除指定节点。<br>
     * 如果节点不存在于该树中则抛出<code>NullPointerException</code>。
     * @param node 被删除节点
     * @return FLAG
     * @see #isSubTreeExists(BinaryTree)
     */

    public int removeNode(BinaryTree<T> node) {
        if(isSubTreeExists(node)) {
            if(this == node) {
                clear();
                destroy();
            }else if(lchild == node)
                removeLeftChild();
            else if(rchild == node) {
                removeRightChild();
            }else {
                if(lchild != null && lchild.isSubTreeExists(node))
                    lchild.removeNode(node);
                else if(rchild != null && rchild.isSubTreeExists(node)){
                    rchild.removeNode(node);
                }
            }
        }else {
            throw new NullPointerException("该树中无此节点。");
        }
        return 1;
    }
   
    /**
     * 以先序删除指定索引的节点。
     * @param index 指定索引
     * @return FLAG
     * @throws Exception
     * @see #getNodeByPreIndex(int)
     */

    public int removeNodeByPreIndex(int index) throws Exception {
        return removeNode(getNodeByPreIndex(index));
    }
   
    /**
     * 以中序删除指定索引的节点。
     * @param index 指定索引
     * @return FLAG
     * @throws Exception
     * @see #getNodeByMidIndex(int)
     */

    public int removeNodeByMidIndex(int index) throws Exception {
        return removeNode(getNodeByMidIndex(index));
    }
   
    /**
     * 以后序删除指定索引的节点。
     * @param index 指定索引
     * @return FLAG
     * @throws Exception
     * @see #getNodeByAftIndex(int)
     */

    public int removeNodeByAftIndex(int index) throws Exception {
        return removeNode(getNodeByAftIndex(index));
    }
   
    /**
     * 从左到右,先序遍历,将数据存储在List中。<br>
     * @param datas 数据表
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    private void visitAllDataOfTreeByPreOrder(List<T> datas){
        datas.add(data);
        if(lchild != null)
            lchild.visitAllDataOfTreeByPreOrder(datas);
        if(rchild != null)
            rchild.visitAllDataOfTreeByPreOrder(datas);
    }
   
    /**
     * 从左到右,先序遍历,将数据存储在List中。<br>
     * 遍历空树会抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 数据表
     * @see #visitAllDataOfTreeByPreOrder(List)
     */

    public List<T> getAllDataOfTreeByPreOrder(){
        if(isEmptyTree())
            throw new NullPointerException("无法遍历空树。");
        List<T> datas = new ArrayList<T>();
        visitAllDataOfTreeByPreOrder(datas);
        return datas;
    }
   
    /**
     * 从左到右,中序遍历,将数据存储在List中。<br>
     * @param datas 数据表
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    private void visitAllDataOfTreeByMidOrder(List<T> datas){
        if(lchild != null)
            lchild.visitAllDataOfTreeByMidOrder(datas);
        datas.add(data);
        if(rchild != null)
            rchild.visitAllDataOfTreeByMidOrder(datas);
    }
   
    /**
     * 从左到右,中序遍历,将数据存储在List中。<br>
     * 遍历空树会抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 数据表
     * @see #visitAllDataOfTreeByMidOrder(List)
     */

    public List<T> getAllDataOfTreeByMidOrder(){
        if(isEmptyTree())
            throw new NullPointerException("无法遍历空树。");
        List<T> datas = new ArrayList<T>();
        visitAllDataOfTreeByMidOrder(datas);
        return datas;
    }
   
    /**
     * 从左到右,后序遍历,将数据存储在List中。<br>
     * @param datas 数据表
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    public void visitAllDataOfTreeByAftOrder(List<T> datas) {
        if(lchild != null)
            lchild.visitAllDataOfTreeByAftOrder(datas);
        if(rchild != null)
            rchild.visitAllDataOfTreeByAftOrder(datas);
        datas.add(data);
    }
   
    /**
     * 从左到右,后序遍历,将数据存储在List中。<br>
     * 遍历空树会抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 数据表
     * @see #visitAllDataOfTreeByAftOrder(List)
     */

    public List<T> getAllDataOfTreeByAftOrder(){
        if(isEmptyTree())
            throw new NullPointerException("无法遍历空树。");
        List<T> datas = new ArrayList<T>();
        visitAllDataOfTreeByAftOrder(datas);
        return datas;
    }
   
    /**
     * 从左到右,先序遍历,将树存储在List中。
     * @param trees 树表
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    private void visitAllTreesByPreOrder(List<BinaryTree<T>> trees){
        trees.add(this);
        if(lchild != null)
            lchild.visitAllTreesByPreOrder(trees);
        if(rchild != null){
            rchild.visitAllTreesByPreOrder(trees);
        }
           
    }
   
    /**
     * 从左到右,先序遍历,将树存储在List中。<br>
     * 遍历空树会抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 树表
     * @see #visitAllTreesByPreOrder(List)
     */

    public List<BinaryTree<T>> getAllTreesByPreOrder() {
        if(isEmptyTree())
            throw new NullPointerException("无法遍历空树。");
        List<BinaryTree<T>> trees = new ArrayList<BinaryTree<T>>();
        visitAllTreesByPreOrder(trees);
        return trees;
    }
   
    /**
     * 从左到右,中序遍历,将树存储在List中。
     * @param trees 树表
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    private void visitAllTreesByMidOrder(List<BinaryTree<T>> trees) {
        if(lchild != null)
            lchild.visitAllTreesByMidOrder(trees);
        trees.add(this);
        if(rchild != null)
            rchild.visitAllTreesByMidOrder(trees);
    }
   
    /**
     * 从左到右,中序遍历,将树存储在List中。<br>
     * 遍历空树会抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 树表
     * @see #visitAllTreesByMidOrder(List)
     */

    public List<BinaryTree<T>> getAllTreesByMidOrder(){
        if(isEmptyTree())
            throw new NullPointerException("无法遍历空树。");
        List<BinaryTree<T>> trees = new ArrayList<BinaryTree<T>>();
        visitAllTreesByMidOrder(trees);
        return trees;
    }
   
    /**
     * 从左到右,后序遍历,将树存储在List中。
     * @param trees 树表
     * @see #data
     * @see #lchild
     * @see #rchild
     */

    private void visitAllTreesByAftOrder(List<BinaryTree<T>> trees) {
        if(lchild != null)
            lchild.visitAllTreesByAftOrder(trees);
        if(rchild != null)
            rchild.visitAllTreesByAftOrder(trees);
        trees.add(this);
    }
   
    /**
     * 从左到右,后序遍历,将树存储在List中。<br>
     * 遍历空树会抛出<code>{@link NullPointerException}</code>。
     * @return 树表
     * @see #visitAllTreesByAftOrder(List)
     */

    public List<BinaryTree<T>> getAllTreesByAftOrder(){
        if(isEmptyTree())
            throw new NullPointerException("无法遍历空树。");
        List<BinaryTree<T>> trees = new ArrayList<BinaryTree<T>>();
        visitAllTreesByAftOrder(trees);
        return trees;
    }
   
    /**
     * 置空树。
     * @see #isLeaf()
     */

    public void clear() {
        data = null;
        parent = null;
        if(!isLeaf()) {
            if(lchild != null) {
                lchild.clear();
                lchild.destroy();
                lchild = null;
            }
            if(rchild != null) {
                rchild.clear();
                rchild.destroy();
                rchild = null;
            }
        }
    }
   
    /**
     * 销毁一棵空树。
     * @see #isEmptyTree()
     */

    @Override
    public void destroy() {
        if(isEmptyTree()) {
            parent = null;
            try {
                super.finalize();
                System.out.println("砍树。");
            }catch(Throwable e) {
                System.out.println("对象无需销毁。");
            }
        }else {
            try {
                throw new Exception("无法销毁非空树!");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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