Последовательное обращение ко всем узлам называется обходом (traversing)
дерева. Существует несколько последовательностей обхода узлов двоичного де-
рева. Три самых простых - прямой, симметричный и обратный - простые рекур-
сивные алгоритмы. Для каждого заданного узла алгоритм выполняет следующие
действия:
Прямой порядок:
1. Обращение к узлу.
2. Рекурсивный прямой обход левого поддерева.
3. Рекурсивный прямой обход правого поддерева.
Симметричный порядок:
1. Рекурсивный симметричный обход левого поддерева.
2. Обращение к узлу.
3. Рекурсивный симметричный обход правого поддерева.
Обратный порядок:
1. Рекурсивный обратный обход левого поддерева.
2. Рекурсивный обратный обход правого поддерева.
3. Обращение к узлу.
Все эти три типа обхода являются примерами обхода в глубину (depth-first traversal).
Процесс начинается с прохода вглубь дерева, пока алгоритм не достигнет
листьев. Когда рекурсивная процедура снова вызывается, алгоритм проходит де-
рево вверх, посещая пропущенные ранее узлы.
Обход в глубину используется в алгоритмах, где необходимо сначала обратить-
ся ко всем листьям. Например, алгоритм ветвей и границ, описанный в главе 8, вна-
чале посещает листья. Для сокращения времени поиска в оставшейся части дерева
используются результаты, полученные на уровне листьев.
Четвертый метод обхода узлов дерева - обход в ширину (breadth-first traversal).
Этот метод сначала обращается ко всем узлам на данном уровне дерева и только
потом переходит к более глубоким уровням. Обход
в ширину часто используют алгоритмы, осуществляю-
щие полный поиск в дереве. В алгоритме поиска крат-
чайшего пути с установкой меток (см. главу 12) при-
меняется поиск в ширину кратчайшего дерева внутри
сети.
Рис. 6.12. Обходы дерева
На рис. 6.12 изображено небольшое дерево и по-
рядок посещения узлов при прямом, симметричном,
обратном обходе и поиске в ширину.
Для деревьев, степень которых больше 2, имеет
смысл определять прямой, обратный обход и обход
в ширину. Что касается симметричного обхода, суще-
ствует некоторая неоднозначность, потому что каж-
дый узел посещается после того, как алгоритм обратится к одному, двум или трем
его потомкам. Например, в троичном дереве обращение к узлу может происходить
после обращения к его первому потомку или после обращения ко второму.
Детали реализации обхода зависят от того, как записано дерево. Чтобы обойти
дерево на основе массива указателей на дочерние узлы, программа будет исполь-
зовать несколько более сложный алгоритм, чем для обхода дерева, сформирован-
ного при помощи нумерации связей.
Особенно просто обходить , записанные в массивах. Алгоритм
обхода в ширину, который требует выполнения дополнительной работы для дру-
гих представлений дерева, для представления на основе массива достаточно три-
виален, потому что узлы записаны в таком же «естественном» порядке. Следую-
щий код демонстрирует алгоритм обхода полного двоичного дерева.
type
String10 = String[10];
TStringArray = array [1..1000000] of String10;
PStringArray = ATStringArray;
var
NumNodes : Integer;
NodeLabel : PStringArray; // Массив меток узлов.
procedure Preorder(node : Integer);
begin
VisitNode(NodeLabelA[node]); // Посещение узла.
if (node*2+1<=NumNodes) then
Preorder(node*2+1); // Посещение дочернего узла 1.
if (node*2+2<=NumNodes) then
Preorder(node*2+2); // Посещение дочернего узла 2.
end;
procedure Inorder(node : Integer);
begin
if (node*2+1<=NumNodes) then
Inorder(node*2+1); // Посещение дочернего узла 1.
VisitNodefNodeLabel"[node]); // Посещение узла.
if (node*2+2<=NumNodes) then
Inorder(node*2+2); // Посещение дочернего узла 2.
end;
procedure Postorder(node : Integer);
begin
if (node*2+l<=NumNodes) then
Postorder(node*2 + l) ; // Посещение дочернего узла 1.
if (node*2+2<=NumNodes) then
Postorder(node*2+2); // Посещение дочернего узла 2.
VisitNode(NodeLabel^[node]); // Посещение узла.
end;
procedure BreadthFirst(node : Integer);
var
I : Integer;
begin
for i := 0 to NumNodes do
VisitNode(NodeLabel^[i]);
end;
Прямой и обратный обходы для деревьев, сохраненных в других форматах,
осуществляется еще проще. Следующий код показывает процедуру прямого обхо-
да для дерева, представленного в виде нумерации связей:
procedure Preorder(node : Integer);
var
link : Integer;
begin
VisitNode(NodeLabel^[node]);
for link := FirstLink^[node] to FirstLink^[node+1]-1 do
Preorder(ToNode^[link]);
end;
Как уже говорилось, сложно дать определение симметричного обхода для де-
ревьев больше 2-го порядка. Но если вы разберетесь, что такое симметричный об-
ход, у вас не должно возникнуть затруднений с его реализацией. Следующий код
показывает процедуру обхода, которая сначала обращается к половине потомков
узла, затем посещает сам узел, а после этого - остальные дочерние узлы.
procedure Inorder(node : Integer);
var
mid_link, link : Integer;
begin
// Нахождение среднего дочернего узла.
mid_link := (FirstLink-[node+1]-1+FirstLink^[node]) div 2;
// Посещение первой группы дочерних узлов.
for link := FirstLink^[node] to mid_link do
Inorder(ToNode^[link]);
// Посещение узла.
VisitNode (NodeLabel^[node] ) ;
// Посещение второй группы дочерних узлов.
for link := mid_link+1 to FirstLink^[node+1]- 1 do
Inorder (ToNode^[Link] ) ;
end;
В полных деревьях, сохраненных в массиве, узлы уже расположены в порядке
обхода в ширину. Это облегчает обход в ширину для деревьев такого типа. Для
других представлений деревьев подобный обход несколько сложнее.
При обходе других типов деревьев вы можете использовать очередь для хране-
ния узлов, которые необходимо посетить. Сначала поместите в очередь корневой
узел. После обращения он будет удален из начала очереди, а его потомки помеще-
ны в ее конец. Процесс повторяется до тех пор, пока очередь не опустеет. Следую-
щий код демонстрирует процедуру обхода в ширину для деревьев, которые хранят
указатели на дочерние узлы в массивах изменяемого размера:
type
PTrav2NodeArray = ^TTrav2NodeArray;
TTrav2Node = claee(TObject)
// Код опущен...
public
NumChildren : Integer;
Children : PTrav2NodeArray;
// Код опущен...
end;
TTrav2NodeArray = array [1..100000000] of TTrav2Node;
function TTrav2Node.BreadthFirstTraverse : String;
var
i, oldest, next_spot : Integer;
queue : PTrav2NodeArray;
begin
Result :='';
// Создание массива очереди, достаточно большого для хранения
// всех узлов дерева.
GetMem(queue.NumNodes*SizeOf(TTrav2Node));
// Начинаем с данным узлом в очереди.
queue^[I] := TTrav2Node.Create ;
queue^[1] := Self;
oldest := 1;
next_spot := 2;
// Циклически обрабатывается элемент очереди oldest,
// пока очередь не опустеет.
while (oldest
begin
with queue^[oldest] do
begin
// Посещение узла oldest.
Result := Result+Id+'';
// Добавление дочерних узлов данного узла к очереди.
for i := 1 to NumChildren do
begin
queue^[next_spot] := Children* [i] ;
next_spot := next_spot+1;
end;
end; // Конец with queue^[oldest]^ do...
oldest := oldest+1;
end;
FreeMemfqueue);
end;
|