二叉排序树(BST)查找算法详解之C语言版

一、算法原理

二叉排序树(Binary Sort Tree或 Binary Search Tree)又称二叉查找树,可以用来实现数据的快速查找,也方便数据的插入、删除等工作,因此适用于数据的动态查找。
二叉排序树是一棵二叉树,其左子树上的元素都小于树根,右子树上的元素都大于树根,所有的子树也满足这个性质。
在二叉排序树上查找某个结点,其实就是遍历二叉树。由于二叉排序树上的结点是有序的,因此不需要使用普通二叉树的遍历算法,其有自己一套简单的遍历算法,即从树根开始进行遍历,如果待查找元素小于树根元素,则向左遍历,否则向右遍历,如果相等结束遍历。
下面以具体案例给出二叉排序树查找的详细过程。

Demo 1 :假设有二叉排序树如下图所示,想要查找数据10。
在这里插入图片描述
Step 1:引入一个临时指针p指向树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 2:用10与p指向结点中的元素进行比较,10 < 18,则p指向p的左子树树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 3:用10与p指向结点中的元素进行比较,10 > 3,则p指向p的右子树树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 4:用10与p指向结点中的元素进行比较,10 > 7,则p指向p的右子树树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 5:用10与p指向结点中的元素进行比较,10 < 14,则p指向p的左子树树根,但是此时p的左子树为空,因此结束查找,查找结果为该二叉排序树上没有元素10。
Demo 2 :如果想要查找数据19,则具体如下:
Step 1:引入一个临时指针p指向树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 2:用19与p指向结点中的元素进行比较,19 > 18,则p指向p的右子树树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 3:用19与p指向结点中的元素进行比较,19 < 20,则p指向p的左子树树根,结果如下图所示。
在这里插入图片描述
Step 4:用19与p指向结点中的元素进行比较,19== 19为真,则查找成功,结束查找。

从上述查找过程可以看出,平均查找长度约等于BST树的深度,因此其查找效率比较高。

二、二叉排序树查找算法的C程序

1. 二叉排序树查找函数—非递归算法

int SearchBST( BST *T, int key )
{
    
    
	int flag = 0; //查找成功标志,初始化为失败 
	BST *p = T; 
	while( p != NULL )
	{
    
    
		if ( p->data == key )
		{
    
    
			flag = 1;
			break;
		}
		else if( key < p->data )
		{
    
    
			p = p->LChild;
		}
		else
		{
    
    
			p = p->RChild;
		}
	}
	return( flag );
}

2.测试代码(仅供参考)

#include"stdio.h" 
#include"malloc.h"

#define MAX_NODE 100

typedef struct node
{
    
    
	int data;
	struct node *LChild;
	struct node *RChild;
}BST;
void CreateBST( BST *T, int arr[], int n );
int SearchBST( BST *T, int key );

int main()
{
    
    
	int arr[] = {
    
     18, 3, 7, 20, 14, 19, 27, 2 };
	BST *T = ( BST * )malloc( sizeof( BST ) );
	CreateBST( T, arr, 8 );
	
	int flag, key;
	key = 10;
	flag = SearchBST( T, key );
	if( flag == 0 )
	{
    
    
		printf( "failure : %d is not on the BST\n", key );
	}
	else
	{
    
    
		printf( "success : %d is on the BST\n", key );
	}
	
	key = 19;
	flag = SearchBST( T, key );
	if( flag == 0 )
	{
    
    
		printf( "failure : %d is not on the BST\n", key );
	}
	else
	{
    
    
		printf( "success : %d is on the BST\n", key );
	}
	return 0;
}//main
//根据已知的数组arr创建二叉排序树 
void CreateBST( BST *T, int arr[], int n ) 
{
    
    
	BST *s, *p, *q; 
	int i; 
	T->data = arr[0]; 
	T->LChild = NULL; 
	T->RChild = NULL; 
	for( i = 1; i < n; i++ ) 
	{
    
    
		s = (BST *)malloc( sizeof(BST) ); 
		s->data   = arr[i];
		s->LChild = NULL;
		s->RChild = NULL;
		p = T;
		while( p != NULL )
		{
    
    
			if( s->data == p->data )
			{
    
    
				printf( "%d existed.\n", s->data );
				q = NULL;
				break; 
			}
			q = p;
			if( s->data < p->data )
			{
    
    
				p = p->LChild;
			}
			else if( s->data > p->data )
			{
    
    
				p = p->RChild;			
			}
		} 
		if( q != NULL && s->data < q->data )
		{
    
    
			q->LChild = s;
		}
		else if( q != NULL && s->data > q->data )
		{
    
    
			q->RChild = s;
		}	
	}
}//CreateBST
//在BST树上查找元素key,返回查找成功与失败的标志 
int SearchBST( BST *T, int key )
{
    
    
	int flag = 0; //查找成功标志,初始化为失败 
	BST *p = T; 
	while( p != NULL )
	{
    
    
		if ( p->data == key )
		{
    
    
			flag = 1;
			break;
		}
		else if( key < p->data )
		{
    
    
			p = p->LChild;
		}
		else
		{
    
    
			p = p->RChild;
		}
	}
	return( flag );
}//SearchBST

3.运行结果
在这里插入图片描述

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