1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
| #include <vector>
template <class Data, class Key> class Tree
{
private:
extern class Node;
int length; //длина дерева
Node *root; //указатель на корень
protected:
class Node
{
public:
Key key; //ключ объекта
Data data; //значение объекта в элементе
Node *left; // указатель на левого сына
Node *right; //указатель на правого сына
Node(Data d, Key k) {//конструктор с параметрами
key = k;
data = d;
left = right = NULL;
}
};
public:
Tree(); //конструктор без параметров
Tree(const Tree<Data, Key>& anotherTree); //конструктор копирования
~Tree(void); //деструктор
int size(); //опрос размера дерева
void clear(); //очистка дерева
bool empty(); //проверка дерева на пустоту
Data& read(Key key, int& looked); //доступ к данным с заданным ключом
bool add(Key key, Data obj, int& looked); //включение данных с заданным ключом
bool remove(Key key, int& looked); //удаление данных с заданным ключом
void print(); //вывод структуры дерева на экран
void walk(); //обход узлов дерева по схеме
int external_path_length(); //определение длины внешнего пути дерева (рекурсивно)
private:
void _copy(Node *r); //вспомогательная функция для копирования дерева
void _clear(Node *r); //вспомогательная функция для очистки дерева
void _show(Node *r, int level); //вспомогательная функция для вывода структуры
void _count_level(Node *r, int level, int &sum); //вспомогательная функция для определения внешнего пути
Node* _BST_predecessor(Node *x); //рекурсивный алгоритм поиска предыдущего по ключу узла
Node* _BST_successor(Node *x); //рекурсивный алгоритм поиска следующего по ключу узла
Node* _max(Node *t); //поиск максимального по ключу узла в поддереве
Node* _min(Node *t); //поиск минимального по ключу узла в поддереве
Node* _parent_right(Node *t, Node *x); //поиск ближайшего правого родителя для заданного узла дерева
Node* _parent_left(Node *t, Node *x); //поиск ближайшего левого родителя для заданного узла дерева
public:
class Iterator
{
private:
Tree *ptr; //указатель на объект коллекции
Node *cur; //указатель на текущий элемент коллекции
public:
//конструктор
Iterator(Tree<Data, Key> &tree) {
ptr = &tree;
cur = NULL;
}
//установка на первый
void begin() {
cur = ptr->root;
if (cur != NULL)
while (cur->left != NULL)
cur = cur->left;
}
//установка на последний
void end() {
cur = ptr->root;
if (cur != NULL)
while (cur->right != NULL)
cur = cur->right;
}
//установка на следующий
void next() {
cur = ptr->_BST_successor(cur);
}
//установка на предыдущий
void prev() {
cur = ptr->_BST_predecessor(cur);
}
//проверка состояния итератора
bool is_off() const {
return (cur == NULL);
}
//доспуп к данным текущего элемента
Data& operator*() {
if (cur != NULL)
return cur->data;
else
throw exception("Итератор за пределами дерева");
}
};
friend class Iterator;
};
//конструктор без параметров
template<class Data, class Key>
Tree<Data, Key>::Tree(void)
{
length = 0;
root = NULL; //в начале дерево пусто
}
//конструктор копирования
template<class Data, class Key>
Tree<Data, Key>::Tree(const Tree<Data, Key>& anotherTree)
{
root = NULL;
length = 0;
_copy(anotherTree.root);
}
//копирование дерева
template<class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::_copy(Node *r)
{
if (r == NULL)
return;
int tmp;
add(r->key, r->data, tmp);
_copy(r->left);
_copy(r->right);
}
//деструктор
template<class Data, class Key>
Tree<Data, Key>::~Tree(void)
{
clear();
}
//опрос размера дерева
template<class Data, class Key>
int Tree<Data, Key>::size()
{
return length;
}
//очистка дерева
template<class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::clear()
{
_clear(root);
///looked = length;
root = NULL;
length = 0;
}
//очистка по обходу LtR дерева
template<class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::_clear(Node *r)
{
if (r == NULL)
return;
_clear(r->left);
Node *rtree = r->right;
delete r;
_clear(rtree);
}
//проверка дерева на пустоту
template<class Data, class Key>
bool Tree<Data, Key>::empty()
{
return (length == 0 && root == NULL);
}
//доступ к данным с заданным ключом
template<class Data, class Key>
Data& Tree<Data, Key>::read(Key key, int& looked)
{
looked = 0;
Node* t = root;
while (t != NULL && key != (t->key)) //проход по дереву до задонного ключа
{
if (key < (t->key))//если ключ меньше
t = t->left;//идем влево
else
t = t->right;//идем влево
looked++;
}
if (t == NULL)//если ключа не существует
throw exception("Данного ключа не существует");
return t->data;
}
//включение данных с заданным ключом
template<class Data, class Key>
bool Tree<Data, Key>::add(Key key, Data obj, int& looked)
{
looked = 0;
if (root == NULL) {//добавление в начало
root = new Node(obj, key);
length++;
return true;
}
Node *t = root, *pred = NULL;
while (t != NULL) {
pred = t;
looked++;
if (key == (t->key))//если ключи совпадают
return false;
if (key < (t->key))//если ключ меньше
t = t->left;//добавляем влево
else
t = t->right;//иначе добавляем вправо
}
if (key < (pred->key))
pred->left = new Node(obj, key);
else
pred->right = new Node(obj, key);
length++;
return true;
}
//удаление данных с заданным ключом
template<class Data, class Key>
bool Tree<Data, Key>::remove(Key key, int& looked)
{
Node *t = root, *pred = NULL, *next = NULL, *t0 = NULL;
looked = 1;
while (t != NULL && t->key != key) {
pred = t; //Запоминаем родителя удаляемого
if (key < t->key) //если ключ меньше
t = t->left;//идем влево
else
t = t->right;//идем вправо
looked++;
}
if (t == NULL) //Удаляемый не найден
return false;
if (t->left != NULL && t->right != NULL) { //Оба потомка у удаляемого есть
t0 = t; //Запоминаем удаляемого
pred = t;
t = t->right;
while (t->left != NULL) {
pred = t;
t = t->left;
looked++;
}
t0->key = t->key;
t0->data = t->data;
next = t->right;
}
else //Менее двух потомков у удаляемого
if (t->left == NULL && t->right == NULL) //Нет потомков у удаляемого
next = NULL;
else
if (t->left == NULL) //Нет левого потомка у удаляемого
next = t->right;
else
if (t->right == NULL) //Нет правого потомка у удаляемого
next = t->left;
if (pred == NULL) //Нет родителя у удаляемого
root = next;
else
if (t->key < pred->key) //Удаляемый левым потомком pred
pred->left = next;
else //Удаляемый правым потомком pred
pred->right = next;
delete t;
length--;
return true;
}
//обход структуры по LtR
template <class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::walk()
{
if (root == NULL)
throw exception("Нет данных");
Node *it = root;
std::vector<Node*> up(length);
int top = 0;
while (it != NULL) {
while (it != NULL) {
if (it->right != NULL)
up[top++] = it->right;
up[top++] = it;
it = it->left;
}
it = up[--top];
while (top != 0 && it->right == NULL) {
cout << it->key << "->";
it = up[--top];
}
cout << it->key << "->";
if (top == 0)
break;
it = up[--top];
}
cout << endl;
}
//вспомогательная функция для вывода структуры
template <class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::_show(typename Tree<Data, Key>::Node *r, int level)
{
if (r == NULL)
return;
_show(r->right, level + 1);
for (int i = 0; i <= 2 * level; i++)
cout << " ";
cout << r->key << endl;
_show(r->left, level + 1);
}
//вывод структуры дерева на экран
template<class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::print()
{
if (root == NULL) {
return;
}
_show(root, 0);
}
//определение длины внешнего пути дерева
template<class Data, class Key>
int Tree<Data, Key>::external_path_length()
{
if (root == NULL)
return -1;
int sum = 0;
_count_level(root, 1, sum);
return sum;
}
//вспомогательная функция для определения внешнего пути
template <class Data, class Key>
void Tree<Data, Key>::_count_level(Node *r, int level, int &sum)
{
if (r == NULL)
return;
_count_level(r->left, level + 1, sum);
_count_level(r->right, level + 1, sum);
if (r->right == NULL || r->left == NULL)
sum += level;
}
template <class Data, class Key> typename Tree<Data, Key>::Node* Tree<Data, Key>::_BST_successor(typename Tree<Data, Key>::Node *x)
{
if (x == NULL)
return NULL;
if (x->right != NULL)
{
Node* t = x->right;
while (t->left != NULL)
t = t->left;
return t;
}
else
return _parent_left(root, x);
}
template <class Data, class Key> typename Tree<Data, Key>::Node* Tree<Data, Key>::_parent_left(typename Tree<Data, Key>::Node *t, typename Tree<Data, Key>::Node *x) {
if (t == x)
return NULL;
if (x->key < t->key) {
Node *rp = _parent_left(t->left, x);
if (rp != NULL)
return rp;
else
return t;
}
else
return _parent_left(t->right, x);
}
template <class Data, class Key> typename Tree<Data, Key>::Node* Tree<Data, Key>::_BST_predecessor(typename Tree<Data, Key>::Node *x) {
if (x == NULL)
return NULL;
if (x->left != NULL)
{
Node* t = x->left;
while (t->right != NULL)
t = t->right;
return t;
}
else
return _parent_right(root, x);
}
template <class Data, class Key> typename Tree<Data, Key>::Node* Tree<Data, Key>::_parent_right(typename Tree<Data, Key>::Node *t, typename Tree<Data, Key>::Node *x) {
if (t == x)
return NULL;
if (x->key > t->key) {
Node *rp = _parent_right(t->right, x);
if (rp != NULL)
return rp;
else
return t;
}
else
return _parent_right(t->left, x);
} |