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#include "myTree.h"
#include <iostream>
#include <stack>
#include <queue>
#include <vector>
#include <map>
#include <functional>
#include <algorithm>
using namespace std;
//树节点类的初始化
TreeNode::TreeNode(char value,TreeNode* left,TreeNode* right,NodeTag leftTag,NodeTag rightTag)
:data(value),leftChild(left),rightChild(right),lTag(leftTag),rTag(rightTag) {}
//树节点类的销毁
TreeNode::~TreeNode() {}
//树初始化 MyTree默认构造函数
MyTree::MyTree():root(nullptr),isThread(false) {}
//设置左孩子
void TreeNode::return_LChild(TreeNode* left)
{
leftChild=left;
}
//设置右孩子
void TreeNode::return_RChild(TreeNode* right)
{
rightChild=right;
}
//获取左孩子
TreeNode* TreeNode::getLeftChild() const
{
return leftChild;
}
//获取右孩子
TreeNode* TreeNode::getRightChild() const
{
return rightChild;
}
//设置左标记
void TreeNode::setLTag(NodeTag tag)
{
lTag=tag;
}
//设置右标记
void TreeNode::setRTag(NodeTag tag)
{
rTag=tag;
}
//获取左标记
NodeTag TreeNode::getLTag() const
{
return lTag;
}
//获取右标记
NodeTag TreeNode::getRTag() const
{
return rTag;
}
//递归构建二叉树
TreeNode* buildTree(const char data[],int& index)
{
char value=data[index++]; //获取当前字符并递增索引
if(value=='\0')
{
return nullptr; //到达字符串末尾
}
if(value=='@')
{
return nullptr; //将空节点忽略
}
//创建新结点
TreeNode* newNode=new TreeNode(value,nullptr,nullptr,Link,Link);
//递归创建左右子树
newNode->return_LChild(buildTree(data,index));
newNode->return_RChild(buildTree(data,index));
return newNode;
}
//树初始化 MyTree构造函数 根据二叉树的先序序列,生成二叉树的二叉链表存储
MyTree::MyTree(const char data[])
{
int index=0;
root=buildTree(data,index);
isThread=false;
}
//递归复制树的节点
TreeNode* MyTree::copyTree(TreeNode* node)
{
if(node==nullptr)
{
return nullptr; //若节点为空,返回nullptr
}
//创建新节点,复制数据和线索标记
TreeNode* newNode=new TreeNode(node->data,nullptr,nullptr,node->getLTag(),node->getLTag());
//递归复制左右子树
newNode->return_LChild(copyTree(node->getLeftChild()));
newNode->return_RChild(copyTree(node->getRightChild()));
return newNode;
}
//树的复制构造函数 复制参数中的树
MyTree::MyTree(const MyTree& other)
{
root=copyTree(other.root);
isThread=other.isThread;
}
//树销毁 支持普通二叉树和线索二叉树
MyTree::~MyTree()
{
//递归释放树的节点
if(root)
{
stack<TreeNode*> nodeStack;
nodeStack.push(root);
while(!nodeStack.empty())
{
TreeNode* node=nodeStack.top();
nodeStack.pop();
if(node->rightChild)
{
nodeStack.push(node->rightChild);
}
if(node->leftChild)
{
nodeStack.push(node->leftChild);
}
delete node; //释放节点
}
}
}
//先序遍历二叉树并打印
void MyTree::preOrderTraverse()
{
if(!root) return;
stack<TreeNode*> nodeStack;
TreeNode* node=root;
while(node||!nodeStack.empty())
{
if(node)
{
node->printNode();
nodeStack.push(node);
node=node->leftChild;
}
else
{
node=nodeStack.top();
nodeStack.pop();
node=node->rightChild;
}
}
}
//中序遍历二叉树并打印
void MyTree::inOrderTraverse()
{
if(!root) return;
stack<TreeNode*> nodeStack;
TreeNode* current=root;
while(current||!nodeStack.empty())
{
if(current)
{
nodeStack.push(current);
current=current->getLTag()==Link? current->leftChild:nullptr;
}
else
{
current=nodeStack.top();
nodeStack.pop();
current->printNode();
current=current->getRTag()==Link? current->rightChild:nullptr;
}
}
}
//后序遍历二叉树并打印
void MyTree::postOrderTraverse()
{
if(!root) return;
stack<TreeNode*> nodeStack;
TreeNode* current =root;
TreeNode* lastVisited=nullptr;
//while循环走到左子树最左端
while(current||!nodeStack.empty())
{
if(current)
{
nodeStack.push(current);
current=current->leftChild; //一直走到左孩子最左端
}
else
{
current=nodeStack.top(); //读取栈顶指针
//若右子树存在且还未访问
if(current->rightChild&¤t->rightChild!=lastVisited)
{
current=current->rightChild;//转向右
}
else
{
//若不存在右子树或右子树已被访问,弹出节点并进行访问
current=nodeStack.top();
nodeStack.pop();
current->printNode();
lastVisited=current; //记录最近访问过的结点
current=nullptr; //节点访问后重置p指针
}
}
}
}
//定位二叉树中的结点
TreeNode& MyTree::locateNode(const char& v)
{
//在树中找到值为v的结点则返回该节点,否则返回NULL
//支持普通二叉树与线索二叉树
if(!root) throw std::runtime_error("Tree is empty");
stack<TreeNode*> nodeStack;
nodeStack.push(root);
while(!nodeStack.empty())
{
TreeNode* node=nodeStack.top();
nodeStack.pop();
if(node->data==v)
{
return *node;
}
if(node->rightChild&&node->rTag==Link)
{
nodeStack.push(node->rightChild);
}
if(node->leftChild&&node->lTag==Link)
{
nodeStack.push(node->leftChild);
}
}
throw std::runtime_error("Node not found");
}
//计算二叉树的叶子结点数
int MyTree::countLeaf()
{
if(!root) return 0;
int count=0;
stack<TreeNode*> nodeStack;
nodeStack.push(root);
while(!nodeStack.empty())
{
TreeNode* node=nodeStack.top();
nodeStack.pop();
//判断是否为叶子结点
if(!node->leftChild&&!node->rightChild)
{
count++;
}
if(node->rightChild)
{
nodeStack.push(node->rightChild);
}
if(node->leftChild)
{
nodeStack.push(node->leftChild);
}
}
return count;
}
//计算二叉树的深度
int MyTree::countHeight()
{
if(!root) return 0;
queue<TreeNode*> nodeQueue;
nodeQueue.push(root);
int height=0;
while(!nodeQueue.empty())
{
int levelSize=nodeQueue.size();
for(int i=0;i<levelSize;i++)
{
TreeNode* node=nodeQueue.front();
nodeQueue.pop();
if(node->leftChild)
{
nodeQueue.push(node->leftChild);
}
if(node->rightChild)
{
nodeQueue.push(node->rightChild);
}
}
height++;
}
return height;
}
//当前树是否为线索二叉树,是则返回true,否则false
bool MyTree::isThreadedTree()
{
return isThread;
}
//中序线索化的递归函数
void inOrderThread(TreeNode* node,TreeNode*& pre)
{
if(node==nullptr) return; //到达空节点,返回
//递归遍历左子树
inOrderThread(node->getLeftChild(),pre);
//处理当前节点
if(node->getLeftChild()==nullptr)
{
node->setLTag(Thread); //若无左孩子,则为线索
node->return_LChild(pre); //左指针指向前驱
}
if(pre!=nullptr&&pre->getRightChild()==nullptr)
{
pre->setRTag(Thread); //若无右孩子,则为线索
pre->return_RChild(node); //右指针指向当前节点
}
//更新节点
pre=node;
if(pre->getRightChild()==nullptr&&pre->getRTag()==Link)
{
pre->setRTag(Thread);
}
//递归遍历右子树
inOrderThread(node->getRightChild(),pre);
}
//为二叉树生成中序线索二叉树
bool MyTree::inOrderThreading()
{
TreeNode* pre=nullptr; //初始化前驱结点
inOrderThread(root,pre); //调用递归函数
// if(pre!=nullptr)
// {
// pre->setRTag(Thread);
// pre->return_RChild(nullptr);
// }
isThread=true; //标记为线索二叉树
return true;
}
//寻找中序线索二叉树中某结点的前驱结点
TreeNode& MyTree::preNode(const TreeNode& node)
{
if(!isThread) throw std::runtime_error("Tree is not a threaded tree");
//若有左孩子,前驱为左子树的最右端节点
if(node.lTag==Link&&node.leftChild)
{
TreeNode* current=node.leftChild;
while(current->rTag==Link&¤t->rightChild)
{
current=current->rightChild;
}
return *current;
}
//若没有左孩子,前驱为前驱线索指向的结点
return *node.leftChild;
}
//寻找中序线索二叉树中某结点的后继结点
TreeNode& MyTree::nextNode(const TreeNode& node)
{
if(!isThread) throw std::runtime_error("Tree is not a threaded tree");
//若有右孩子,后继为右子树最左节点
if(node.rightChild&&node.rTag==Link)
{
TreeNode* current=node.rightChild;
while(current->leftChild&¤t->lTag==Link)
{
current=current->leftChild;
}
return *current;
}
//若没有右孩子,后继为线索线索指向的结点
return *node.rightChild;
}
void TreeNode::printNode()
{
cout << this->data;
}
//构造函数
HuffmanNode::HuffmanNode(int w,int d=0):weight(w),data(d),left(nullptr),right(nullptr) {}
//比较函数
struct Compare
{
bool operator()(HuffmanNode* l,HuffmanNode* r)
{
return l->weight>r->weight; //权重越小优先级越高
}
};
//树初始化
HuffmanTree::HuffmanTree(const int& n,const int weights[])
{
//第一个参数为节点个数
//第二个参数为节点数组
//使用优先队列构造霍夫曼树
priority_queue<HuffmanNode*,vector<HuffmanNode*>,Compare> minHeap;
//将所有权重插入优先队列
for(int i=0;i<n;i++)
{
minHeap.push(new HuffmanNode(weights[i],weights[i])); //节点值同权重相同
}
//构建霍夫曼树
while(minHeap.size()>1)
{
HuffmanNode* left=minHeap.top(); //权重最小的左子树
minHeap.pop();
HuffmanNode* right=minHeap.top(); //权重次小的右子树
minHeap.pop();
//创建新结点,权重为左右子树权重之和
HuffmanNode* parent=new HuffmanNode(left->weight+right->weight);
parent->left=left; //将左子树链接到新结点
parent->right=right; //将右子树链接到新结点
minHeap.push(parent); //新结点插入优先队列
}
//设置霍夫曼树根节点
root=minHeap.top();
}
//树销毁
HuffmanTree::~HuffmanTree()
{
//递归删除树节点
function<void(HuffmanNode*)> deleteTree=[&](HuffmanNode* node)
{
if(node)
{
deleteTree(node->left);
deleteTree(node->right);
delete node;
}
};
deleteTree(root);
}
//输出霍夫曼编码
void HuffmanTree::printHuffmanCodes()
{
map<char,string> huffmanCodes; //保存编码
string code; //构建编码字符串
//生成编码的辅助函数
function<void(HuffmanNode*)> generateCodes=[&](HuffmanNode* node)
{
if(!node) return;
if(!node->left&&!node->right) //为叶子结点
{
huffmanCodes[node->data]=code; //编码与节点值关联
}
code+='0'; //左子树编码为
generateCodes(node->left); //递归生成左子树编码
code.pop_back(); //撤销最后一位编码
code+='1'; //右子树编码为
generateCodes(node->right); //递归生成右子树编码
code.pop_back(); //撤销最后一位编码
};
//从根节点开始生成编码
generateCodes(root);
// 将 map 转换为 vector 以便排序
vector<pair<int, string>> sortedCodes(huffmanCodes.begin(), huffmanCodes.end());
// 按节点值排序
sort(sortedCodes.begin(), sortedCodes.end(), [](const pair<int, string>& a, const pair<int, string>& b) {
return a.first > b.first; // 按值递减排序
});
// 输出编码
for (const auto& pair : sortedCodes) {
cout << pair.first << ":" << pair.second << endl;
}
}
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