2015公共基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)資料（2）
1.4樹與二叉樹
考點(diǎn)7 樹與二叉樹及其基本性質(zhì)
考試鏈接：
考點(diǎn)7在筆試考試中，是一個(gè)必考的內(nèi)容，在筆試考試中出現(xiàn)的幾率為100%，主要是以選擇的形式出現(xiàn)，有時(shí)也有出現(xiàn)在填空題中，分值為2分，此考點(diǎn)為重點(diǎn)掌握內(nèi)容。重點(diǎn)識(shí)記樹及二叉樹的性質(zhì)。
誤區(qū)警示：
滿二叉樹也是完全二叉樹，而完全二叉樹一般不是滿二叉樹。應(yīng)該注意二者的區(qū)別。
1、樹的基本概念
樹(tree)是一種簡(jiǎn)單的非線性結(jié)構(gòu)。在樹結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)前件，稱為父結(jié)點(diǎn)，沒有前件的結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，稱為樹的根結(jié)點(diǎn)。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)后件，它們稱為該結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)。沒有后件的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)。
在樹結(jié)構(gòu)中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)所擁有的后件個(gè)數(shù)稱為該結(jié)點(diǎn)的度。葉子結(jié)點(diǎn)的度為0。在樹中，所有結(jié)點(diǎn)中的最大的度稱為樹的度。
2、二叉樹及其基本性質(zhì)
(1)二叉樹的定義
二叉樹是一種很有用的非線性結(jié)構(gòu)，具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：
�、俜强斩鏄渲挥幸粋�(gè)根結(jié)點(diǎn);
�、诿恳粋�(gè)結(jié)點(diǎn)最多有兩棵子樹，且分別稱為該結(jié)點(diǎn)的左子樹和右子樹。
由以上特點(diǎn)可以看出，在二叉樹中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的度最大為2，即所有子樹(左子樹或右子樹)也均為二叉樹，而樹結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的度可以是任意的。另外，二叉樹中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)的子樹被明顯地分為左子樹和右子樹。在二叉樹中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以只有左子樹而沒有右子樹，也可以只有右子樹而沒有左子樹。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)既沒有左子樹也沒有右子樹時(shí)，該結(jié)點(diǎn)即為葉子結(jié)點(diǎn)。
(2)二叉樹的基本性質(zhì)
二叉樹具有以下幾個(gè)性質(zhì)：
性質(zhì)1：在二叉樹的第k層上，最多有2k-1(k≥1)個(gè)結(jié)點(diǎn);
性質(zhì)2：深度為m的二叉樹最多有2m-1個(gè)結(jié)點(diǎn);
性質(zhì)3：在任意一棵二叉樹中，度為0的結(jié)點(diǎn)(即葉子結(jié)點(diǎn))總是比度為2的結(jié)點(diǎn)多一個(gè)。
性質(zhì)4：具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的二叉樹，其深度至少為[log2n]+1，其中[log2n]表示取log2n的整數(shù)部分。
小技巧：在二叉樹的遍歷中，無(wú)論是前序遍歷，中序遍歷還是后序遍歷，二叉樹的葉子結(jié)點(diǎn)的先后順序都是不變的。
3、滿二叉樹與完全二叉樹
滿二叉樹是指這樣的一種二叉樹：除最后一層外，每一層上的所有結(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)。在滿二叉樹中，每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)都達(dá)到最大值，即在滿二叉樹的第k層上有2k-1個(gè)結(jié)點(diǎn)，且深度為m的滿二叉樹有2m-1個(gè)結(jié)點(diǎn)。
完全二叉樹是指這樣的二叉樹：除最后一層外，每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)到最大值;在最后一層上只缺少右邊的若干結(jié)點(diǎn)。
對(duì)于完全二叉樹來(lái)說，葉子結(jié)點(diǎn)只可能在層次最大的兩層上出現(xiàn)：對(duì)于任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)，若其右分支下的子孫結(jié)點(diǎn)的最大層次為p，則其左分支下的子孫結(jié)點(diǎn)的最大層次或?yàn)閜，或?yàn)閜+1。
完全二叉樹具有以下兩個(gè)性質(zhì)：
性質(zhì)5:具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹的深度為[log2n]+1。
性質(zhì)6:設(shè)完全二叉樹共有n個(gè)結(jié)點(diǎn)。如果從根結(jié)點(diǎn)開始，按層次(每一層從左到右)用自然數(shù)1，2，……，n給結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，則對(duì)于編號(hào)為k(k=1，2，……，n)的結(jié)點(diǎn)有以下結(jié)論：
�、偃鬹=1，則該結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)，它沒有父結(jié)點(diǎn);若k>1，則該結(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)編號(hào)為INT(k/2)。
�、谌�2k≤n，則編號(hào)為k的結(jié)點(diǎn)的左子結(jié)點(diǎn)編號(hào)為2k;否則該結(jié)點(diǎn)無(wú)左子結(jié)點(diǎn)(顯然也沒有右子結(jié)點(diǎn))。
�、廴�2k+1≤n，則編號(hào)為k的結(jié)點(diǎn)的右子結(jié)點(diǎn)編號(hào)為2k+1;否則該結(jié)點(diǎn)無(wú)右子結(jié)點(diǎn)。
考點(diǎn)8 二叉樹的遍歷
考試鏈接：
考點(diǎn)8在筆試考試中考核幾率為30%，分值為2分，讀者應(yīng)該熟練掌握各種遍歷的具體算法，能由兩種遍歷的結(jié)果推導(dǎo)另一種遍歷的結(jié)果。
在遍歷二叉樹的過程中，一般先遍歷左子樹，再遍歷右子樹。在先左后右的原則下，根據(jù)訪問根結(jié)點(diǎn)的次序，二叉樹的遍歷分為三類：前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷。
(1)前序遍歷：先訪問根結(jié)點(diǎn)、然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹;并且，在遍歷左、右子樹時(shí)，仍然先訪問根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹。
(2)中序遍歷：先遍歷左子樹、然后訪問根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹;并且，在遍歷左、右子樹時(shí)，仍然先遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹。
(3)后序遍歷：先遍歷左子樹、然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點(diǎn);并且，在遍歷左、右子樹時(shí)，仍然先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點(diǎn)。
疑難解答：樹與二叉樹的不同之處是什么?
在二叉樹中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的度最大為2，即所有子樹(左子樹或右子樹)也均為二叉樹，而樹結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的度可以是任意的。
1.5查找技術(shù)
考點(diǎn)9 順序查找
考試鏈接：
考點(diǎn)9在筆試考試中考核幾率在30%，一般出現(xiàn)選擇題中，分值為2分，讀者應(yīng)該具體掌握順序查找的算法。
查找是指在一個(gè)給定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中查找某個(gè)指定的元素。從線性表的第一個(gè)元素開始，依次將線性表中的元素與被查找的元素相比較，若相等則表示查找成功;若線性表中所有的元素都與被查找元素進(jìn)行了比較但都不相等，則表示查找失敗。
在下列兩種情況下也只能采用順序查找：
(1)如果線性表為無(wú)序表，則不管是順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)還是鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，只能用順序查找。
(2)即使是有序線性表，如果采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，也只能用順序查找。
考點(diǎn)10 二分法查找
考試鏈接：
考點(diǎn)10在筆試考試中考核幾率為30%，一般出現(xiàn)填空題中，分值為2分，考核比較多查找的比較次數(shù)，讀者應(yīng)該具體掌握二分查找法的算法。
二分法只適用于順序存儲(chǔ)的，按非遞減排列的有序表，其方法如下：
設(shè)有序線性表的長(zhǎng)度為n，被查找的元素為i，
(1)將i與線性表的中間項(xiàng)進(jìn)行比較;
(2)若i與中間項(xiàng)的值相等，則查找成功;
(3)若i小于中間項(xiàng)，則在線性表的前半部分以相同的`方法查找;
(4)若i大于中間項(xiàng)，則在線性表的后半部分以相同的方法查找。
疑難解答：二分查找法適用于哪種情況?
二分查找法只適用于順序存儲(chǔ)的有序表。在此所說的有序表是指線性表中的元素按值非遞減排列(即從小到大，但允許相鄰元素值相等)。
這個(gè)過程一直進(jìn)行到查找成功或子表長(zhǎng)度為0為止。
對(duì)于長(zhǎng)度為n的有序線性表，在最壞情況下，二分查找只需要比較log2n次。
1.6排序技術(shù)
考點(diǎn)11 交換類排序法
考試鏈接:
考點(diǎn)11屬于比較難的內(nèi)容，一般以選擇題的形式考查，考核幾率為30%，分值約為2分，讀者應(yīng)該熟練掌握幾種排序算法的基本過程。
冒泡排序法和快速排序法都屬于交換類排序法。
(1)冒泡排序法
首先，從表頭開始往后掃描線性表，逐次比較相鄰兩個(gè)元素的大小，若前面的元素大于后面的元素，則將它們互換，不斷地將兩個(gè)相鄰元素中的大者往后移動(dòng)，最后最大者到了線性表的最后。
然后，從后到前掃描剩下的線性表，逐次比較相鄰兩個(gè)元素的大小，若后面的元素小于前面的元素，則將它們互換，不斷地將兩個(gè)相鄰元素中的小者往前移動(dòng)，最后最小者到了線性表的最前面。
對(duì)剩下的線性表重復(fù)上述過程，直到剩下的線性表變空為止，此時(shí)已經(jīng)排好序。
在最壞的情況下，冒泡排序需要比較次數(shù)為n(n-1)/2。
(2)快速排序法
它的基本思想是：任取待排序序列中的某個(gè)元素作為基準(zhǔn)(一般取第一個(gè)元素)，通過一趟排序，將待排元素分為左右兩個(gè)子序列，左子序列元素的排序碼均小于或等于基準(zhǔn)元素的排序碼，右子序列的排序碼則大于基準(zhǔn)元素的排序碼，然后分別對(duì)兩個(gè)子序列繼續(xù)進(jìn)行排序，直至整個(gè)序列有序。
疑難解答：冒泡排序和快速排序的平均執(zhí)行時(shí)間分別是多少?
冒泡排序法的平均執(zhí)行時(shí)間是O(n2)，而快速排序法的平均執(zhí)行時(shí)間是O(nlog2n)。
1.7 例題詳解
一、選擇題
【例1】算法的時(shí)間復(fù)雜度取決于_______。(考點(diǎn)2)
A)問題的規(guī)模 B)待處理的數(shù)據(jù)的初態(tài)
C)問題的難度 D)A)和B)
解析：算法的時(shí)間復(fù)雜度不僅與問題的規(guī)模有關(guān)，在同一個(gè)問題規(guī)模下，而且與輸入數(shù)據(jù)有關(guān)。即與輸入數(shù)據(jù)所有的可能取值范圍、輸入各種數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集的概率有關(guān)。
答案：D)
【例2】在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，從邏輯上可以把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分成_______。(考點(diǎn)3)
A)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu) B)線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)
C)緊湊結(jié)構(gòu)和非緊湊結(jié)構(gòu) D)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和靜態(tài)結(jié)構(gòu)
解析：邏輯結(jié)構(gòu)反映數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，線性結(jié)構(gòu)表示數(shù)據(jù)元素之間為一對(duì)一的關(guān)系，非線性結(jié)構(gòu)表示數(shù)據(jù)元素之間為一對(duì)多或者多對(duì)一的關(guān)系，所以答案為B)。
答案：B)
【例3】以下_______不是棧的基本運(yùn)算。(考點(diǎn)5)
A)判斷棧是否為素空 B)將棧置為空棧
C)刪除棧頂元素 D)刪除棧底元素
解析：棧的基本運(yùn)算有：入棧，出棧(刪除棧頂元素)，初始化、置空、判斷棧是否為空或滿、提取棧頂元素等，對(duì)棧的操作都是在棧頂進(jìn)行的。
答案：D)
【例4】鏈表不具備的特點(diǎn)是_______。(考點(diǎn)6)
A)可隨機(jī)訪問任意一個(gè)結(jié)點(diǎn) B)插入和刪除不需要移動(dòng)任何元素
C)不必事先估計(jì)存儲(chǔ)空間 D)所需空間與其長(zhǎng)度成正比
解析：順序表可以隨機(jī)訪問任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)，而鏈表必須從第一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)出發(fā)，逐一查找每個(gè)結(jié)點(diǎn)。所以答案為A)。
答案：A)
【例5】已知某二叉樹的后序遍歷序列是DACBE，中序遍歷序列是DEBAC，則它的前序遍歷序列是_______。(考點(diǎn)8)
A)ACBED B)DEABC
C)DECAB D)EDBAC
解析：后序遍歷的順序是"左子樹-右子樹-根結(jié)點(diǎn)";中序遍歷順序是"左子樹-根結(jié)點(diǎn)-右子樹";前序遍歷順序是"根結(jié)點(diǎn)-左子樹-右子樹"。根據(jù)各種遍歷算法，不難得出前序遍歷序列是EDBAC。所以答案為D)。
答案：D)
【例6】設(shè)有一個(gè)已按各元素的值排好序的線性表(長(zhǎng)度大于2)，對(duì)給定的值k，分別用順序查找法和二分查找法查找一個(gè)與k相等的元素，比較的次數(shù)分別是s和b，在查找不成功的情況下，s和b的關(guān)系是_______。(考點(diǎn)9)
A)s=b B)s>b C)s
解析：對(duì)于順序查找，查找不成功時(shí)和給定關(guān)鍵字比較的次數(shù)為n+1。二分查找查找不成功的關(guān)鍵字比較次數(shù)為[log2n]+1。當(dāng)n≥2時(shí)，顯然n+1>[log2n]+1。
答案：B)
【例7】在快速排序過程中，每次劃分，將被劃分的表(或子表)分成左、右兩個(gè)子表，考慮這兩個(gè)子表，下列結(jié)論一定正確的是_______。(考點(diǎn)11)
A)左、右兩個(gè)子表都已各自排好序
B)左邊子表中的元素都不大于右邊子表中的元素
C) 左邊子表的長(zhǎng)度小于右邊子表的長(zhǎng)度
D)左、右兩個(gè)子表中元素的平均值相等
解析：快速排序基本思想是：任取待排序表中的某個(gè)元素作為基準(zhǔn)(一般取第一個(gè)元素)，通過一趟排序，將待排元素分為左右兩個(gè)子表，左子表元素的排序碼均小于或等于基準(zhǔn)元素的排序碼，右子表的排序碼則大于基準(zhǔn)元素的排序碼，然后分別對(duì)兩個(gè)子表繼續(xù)進(jìn)行排序，直至整個(gè)表有序。
答案：B)
二、填空題
【例1】問題處理方案的正確而完整的描述稱為_______。(考點(diǎn)1)
解析：計(jì)算機(jī)解題的過程實(shí)際上是在實(shí)施某種算法，這種算法稱為計(jì)算機(jī)算法。
答案：算法
【例2】一個(gè)空的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是按線性結(jié)構(gòu)處理的，則屬于_______。(考點(diǎn)4)
解析：一個(gè)空的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是線性結(jié)構(gòu)或是非線性結(jié)構(gòu)，要根據(jù)具體情況而定。如果對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算是按線性結(jié)構(gòu)來(lái)處理的，則屬于線性結(jié)構(gòu)，否則屬于非線性結(jié)構(gòu)。
答案：線性結(jié)構(gòu)
【例3】設(shè)樹T的度為4，其中度為1、2、3和4的結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)分別為4、2、1、1，則T中葉子結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為_______。(考點(diǎn)7)
解析：根據(jù)樹的性質(zhì)：樹的結(jié)點(diǎn)數(shù)等于所有結(jié)點(diǎn)的度與對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)乘積之和加1。
因此樹的結(jié)點(diǎn)數(shù)為1×4+2×2+3×1+4×1+1=16。葉子結(jié)點(diǎn)數(shù)目等于樹結(jié)點(diǎn)總數(shù)減去度不為0的結(jié)點(diǎn)數(shù)之和，即16-(4+2+1+1)=8。
答案：8
【例4】二分法查找的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)僅限于_______且是有序的。(考點(diǎn)10)
解析：二分查找，也稱折半查找，它是一種高效率的查找方法。但二分查找有條件限制：要求表必須用順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，且表中元素必須按關(guān)鍵字有序(升序或降序均可)。
答案：順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
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