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PHP實作二元樹深度與廣度優先遍歷演算法步驟詳解

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2018-05-16 15:22:312420瀏覽

這次帶給大家PHP實作二元樹深度與廣度優先遍歷演算法步驟詳解，PHP實作二元樹深度與廣度優先遍歷的注意事項有哪些，以下就是實戰案例，一起來看一下。

前言：

深度優先遍歷：對每一個可能的分支路徑深入到不能再深入為止，而且每個結點只能造訪一次。特別注意的是，二元樹的深度優先遍歷比較特殊，可以細分為先序遍歷、中序遍歷、後序遍歷。具體說明如下：

前序遍歷：根節點->左子樹->右子樹
中序遍歷：左子樹->根節點->右子樹
後序遍歷：左子樹->右子樹->根節點

#廣度優先遍歷：又叫層次遍歷，從上往下對每一層依次訪問，在每一層中，從左往右（也可以從右往左）訪問結點，訪問完一層就進入下一層，直到沒有結點可以訪問為止。

例如對於這棵樹：

深度優先遍歷：

前序遍歷：10 8 7 9 12 11 13
中序遍歷：7 8 9 10 11 12 13
後序遍歷：7 9 8 11 13 12 10

廣度優先遍歷：

層次遍歷：10 8 12 7 9 11 13

二叉樹的深度優先遍歷的非遞歸的通用做法是採用棧，廣度優先遍歷的非遞歸的通用做法是採用隊列。

深度優先遍歷：

1、前序遍歷：

/**
* 前序遍历(递归方法)
*/
private function pre_order1($root)
{
    if (!is_null($root)) {
      //这里用到常量FUNCTION，获取当前函数名，好处是假如修改函数名的时候，里面的实现不用修改
      $function = FUNCTION;
      echo $root->key . " ";
      $this->$function($root->left);
      $this->$function($root->right);
    }
}
/**
* 前序遍历(非递归方法)
* 因为当遍历过根节点之后还要回来，所以必须将其存起来。考虑到后进先出的特点，选用栈存储。
*/
private function pre_order2($root)
{
    //    $stack = new splstack();
    //    $stack->push($root);
    //    while(!$stack->isEmpty()){
    //      $node = $stack->pop();
    //      echo $node->key.' ';
    //      if(!is_null($node->right)){
    //        $stack->push($node->right);
    //      }
    //      if(!is_null($node->left)){
    //        $stack->push($node->left);
    //      }
    //    }
    if (is_null($root)) {
      return;
    }
    $stack = new splstack();
    $node = $root;
    while (!is_null($node) || !$stack->isEmpty()) {
      while (!is_null($node)) {
        //只要结点不为空就应该入栈保存，与其左右结点无关
        $stack->push($node);
        echo $node->key . ' ';
        $node = $node->left;
      }
      $node = $stack->pop();
      $node = $node->right;
    }
}
//前序遍历
public function PreOrder()
{
    // 所在对象中的tree属性保存了一个树的引用
    //   $this->pre_order1($this->tree->root);
    $this->pre_order2($this->tree->root);
}

說明：1、我將所有的遍歷方法都封裝在一個類別traverse 裡面了。 2.pre_order2方法中，在使用堆疊的過程中，我使用的是PHP標準函式庫SPL提供的splstack，如果你們習慣使用陣列的話，可以使用<a href="http://www.php.cn/wiki/1001.html" target="_blank">array_push</a>() 和array_pop() 模擬實作。

2、中序遍歷：

/**
* 中序遍历(递归方法)
*/
private function mid_order1($root)
{
    if (!is_null($root)) {
      $function = FUNCTION;
      $this->$function($root->left);
      echo $root->key . " ";
      $this->$function($root->right);
    }
}
/**
* 中序遍历(非递归方法)
* 因为当遍历过根节点之后还要回来，所以必须将其存起来。考虑到后进先出的特点，选用栈存储。
*/
private function mid_order2($root)
{
    if (is_null($root)) {
      return;
    }
    $stack = new splstack();
    $node = $root;
    while (!is_null($node) || !$stack->isEmpty()) {
      while (!is_null($node)) {
        $stack->push($node);
        $node = $node->left;
      }
      $node = $stack->pop();
      echo $node->key . &#39; &#39;;
      $node = $node->right;
    }
}
//中序遍历
public function MidOrder()
{
    //    $this->mid_order1($this->tree->root);
    $this->mid_order2($this->tree->root);
}

3、後序遍歷：

/**
* 后序遍历(递归方法)
*/
private function post_order1($root)
{
    if (!is_null($root)) {
      $function = FUNCTION;
      $this->$function($root->left);
      $this->$function($root->right);
      echo $root->key . " ";
    }
}
/**
* 后序遍历(非递归方法)
* 因为当遍历过根节点之后还要回来，所以必须将其存起来。考虑到后进先出的特点，选用栈存储。
* 由于在访问了左子节点后怎么跳到右子节点是难点，这里使用一个标识lastVisited来标识上一次访问的结点
*/
private function post_order2($root)
{
    if (is_null($root)) {
      return;
    }
    $node = $root;
    $stack = new splstack();
    //保存上一次访问的结点引用
    $lastVisited = NULL;
    $stack->push($node);
    while(!$stack->isEmpty()){
      $node = $stack->top();//获取栈顶元素但不弹出
      if(($node->left == NULL && $node->right == NULL) || ($node->right == NULL && $lastVisited == $node->left) || ($lastVisited == $node->right)){
        echo $node->key.&#39; &#39;;
        $lastVisited = $node;
        $stack->pop();
      }else{
        if($node->right){
          $stack->push($node->right);
        }
        if($node->left){
          $stack->push($node->left);
        }
      }
    }
}
//后序遍历
public function PostOrder()
{
    //    $this->post_order1($this->tree->root);
    $this->post_order2($this->tree->root);
}

廣度優先遍歷：

#1、層次遍歷：

/**
* 层次遍历(递归方法)
* 由于是按层逐层遍历，因此传递树的层数
*/
private function level_order1($root,$level){
    if($root == NULL || $level < 1){
      return;
    }
    if($level == 1){
      echo $root->key.&#39; &#39;;
      return;
    }
    if(!is_null($root->left)){
      $this->level_order1($root->left,$level - 1);
    }
    if(!is_null($root->right)){
      $this->level_order1($root->right,$level - 1);
    }
}
/**
* 层次遍历(非递归方法)
* 每一层从左向右输出
元素需要储存有先进先出的特性，所以选用队列存储。
*/
private function level_order2($root){
    if(is_null($root)){
      return;
    }
    $node = $root;
    //利用队列实现
//    $queue = array();
//    array_push($queue,$node);
//
//    while(!is_null($node = array_shift($queue))){
//      echo $node->key.&#39; &#39;;
//      if(!is_null($node->left)){
//        array_push($queue,$node->left);
//      }
//      if(!is_null($node->right)){
//        array_push($queue,$node->right);
//      }
//    }
    $queue = new splqueue();
    $queue->enqueue($node);
    while(!$queue->isEmpty()){
      $node = $queue->dequeue();
      echo $node->key.&#39; &#39;;
      if (!is_null($node->left)) {
        $queue->enqueue($node->left);
      }
      if (!is_null($node->right)) {
        $queue->enqueue($node->right);
      }
    }
}
//层次遍历
public function LevelOrder(){
//    $level = $this->getdepth($this->tree->root);
//    for($i = 1;$i <= $level;$i ++){
//      $this->level_order1($this->tree->root,$i);
//    }
    $this->level_order2($this->tree->root);
}
//获取树的层数
private function getdepth($root){
    if(is_null($root)){
      return 0;
    }
    $left = getdepth($root -> left);
    $right = getdepth($root -> right);
    $depth = ($left > $right ? $left : $right) + 1;
    return $depth;
}

說明：level_order2方法中，在使用佇列的過程中，我使用的是PHP標準函式庫SPL提供的splqueue，如果你們習慣使用陣列的話，可以使用array_push() 和array_shift() 模擬實作。

使用：

現在我們來看看客戶端程式碼：

class Client
{
  public static function Main()
  {
    try {
      //实现文件的自动加载
      function autoload($class)
      {
        include strtolower($class) . &#39;.php&#39;;
      }
      spl_autoload_register(&#39;autoload&#39;);
      $arr = array(10, 8, 12, 7, 9, 11, 13);
      $tree = new Bst();
//      $tree = new Avl();
//      $tree = new Rbt();
      $tree->init($arr);
      $traverse = new traverse($tree);
      $traverse->PreOrder();
//      $traverse->MidOrder();
//      $traverse->PostOrder();
//      $traverse->LevelOrder();
    } catch (Exception $e) {
      echo $e->getMessage();
    }
  }
}
CLient::Main();

補充：

1. 在客戶端所使用的三個類別Bst、Avl、Rbt 大家可以參考前面一篇：《PHP實作繪製二元樹圖形顯示功能詳解》

2. 為什麼我推薦大家使用SPL標準函式庫中提供的splstack和splqueue呢？這是我在某一篇文章中看到的：雖然我們可以使用傳統的變數類型來描述資料結構，例如用陣列來描述堆疊（Strack）– 然後使用對應的方式pop 和push（array_pop( )、array_push()），但你得時時小心，因為畢竟它們不是專門用來描述資料結構的– 一次誤操作就有可能破壞該堆疊。而 SPL 的 SplStack 物件則嚴格以堆疊的形式描述數據，並提供對應的方法。同時，這樣的程式碼應該也能理解它在操作堆疊而非某個數組，從而能讓你的同伴更好的理解相應的程式碼，而且它更快。原文網址：PHP SPL，遺落的寶石

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