中序线索化是一种二叉树存储技术,它通过修改二叉树中的指针域,将其转换为一种单链表结构,以方便中序遍历。
1. 基本原理
中序线索化的基本原理是:对于每个节点,如果其左子树为空,则在其左指针域中存储其前驱节点的地址;如果其右子树为空,则在其右指针域中存储其后继节点的地址。通过这种修改,可以实现中序遍历时无需回溯,直接通过指针域访问下一个节点。
2. 线索化方法
中序线索化可以通过两种方法实现:
1. 递归法:自底向上遍历二叉树,递归线索化每个子树。
2. 非递归法(Morry算法):利用辅助指针pre,自顶向下遍历二叉树,在遍历过程中线索化节点。
3. 操作步骤
以下为中序线索化的一般步骤:
1. 找到当前节点的左子树和右子树的最后一个节点(即左子树最右节点和右子树最左节点)。
2. 如果左子树不空,则将当前节点的左指针指向左子树的最后一个节点。
3. 如果右子树不空,则将当前节点的右指针指向右子树的第一个节点。
4. 如果当前节点是左子树的最后一个节点,则将当前节点的左指针指向其前驱节点(即左子树的父节点)。
5. 如果当前节点是右子树的第一个节点,则将当前节点的右指针指向其后继节点(即右子树的父节点)。
4. 线索化树的结构
线索化后的二叉树称为线索二叉树,其结构如下:
- 左空右非空:左指针指向前驱节点,右指针指向右子树的第一个节点。
- 左非空右空:左指针指向左子树的最后一个节点,右指针指向后继节点(即父节点)。
- 左右皆空:左右指针都指向后继节点(即父节点)。
- 根节点:左指针指向最后一个节点,右指针指向第一个节点。
5. 中序遍历线索二叉树
中序遍历线索二叉树的算法如下:
1. 从根节点开始。
2. 沿左指针不断向左遍历,直到遇到指向父节点的指针。
3. 访问当前节点。
4. 沿右指针不断向右遍历,直到遇到指向父节点的指针或空指针。
6. 时间复杂度
中序线索化的时间复杂度为 O(n),其中 n 为二叉树中的节点数。这是因为线索化过程中需要遍历二叉树中的每个节点。
7. 应用
中序线索化在计算机科学中具有以下应用:
- 中序遍历优化:通过线索化,中序遍历时间复杂度从 O(n) 优化到 O(1)。
- 空间优化:线索化二叉树只需要存储节点的值和指针,节省了存储链接关系的空间。
- 快速定位:线索化二叉树可以快速定位给定节点的前驱或后继节点。