/* * File: binary_search_tree.rs * Created Time: 2023-04-20 * Author: xBLACKICEx (xBLACKICE@outlook.com)、night-cruise (2586447362@qq.com) */ include!("../include/include.rs"); use std::cell::RefCell; use std::cmp::Ordering; use std::rc::Rc; use tree_node::TreeNode; type OptionTreeNodeRc = Option>>; /* 二元搜尋樹 */ pub struct BinarySearchTree { root: OptionTreeNodeRc, } impl BinarySearchTree { /* 建構子 */ pub fn new() -> Self { // 初始化空樹 Self { root: None } } /* 獲取二元樹根節點 */ pub fn get_root(&self) -> OptionTreeNodeRc { self.root.clone() } /* 查詢節點 */ pub fn search(&self, num: i32) -> OptionTreeNodeRc { let mut cur = self.root.clone(); // 迴圈查詢,越過葉節點後跳出 while let Some(node) = cur.clone() { match num.cmp(&node.borrow().val) { // 目標節點在 cur 的右子樹中 Ordering::Greater => cur = node.borrow().right.clone(), // 目標節點在 cur 的左子樹中 Ordering::Less => cur = node.borrow().left.clone(), // 找到目標節點,跳出迴圈 Ordering::Equal => break, } } // 返回目標節點 cur } /* 插入節點 */ pub fn insert(&mut self, num: i32) { // 若樹為空,則初始化根節點 if self.root.is_none() { self.root = Some(TreeNode::new(num)); return; } let mut cur = self.root.clone(); let mut pre = None; // 迴圈查詢,越過葉節點後跳出 while let Some(node) = cur.clone() { match num.cmp(&node.borrow().val) { // 找到重複節點,直接返回 Ordering::Equal => return, // 插入位置在 cur 的右子樹中 Ordering::Greater => { pre = cur.clone(); cur = node.borrow().right.clone(); } // 插入位置在 cur 的左子樹中 Ordering::Less => { pre = cur.clone(); cur = node.borrow().left.clone(); } } } // 插入節點 let pre = pre.unwrap(); let node = Some(TreeNode::new(num)); if num > pre.borrow().val { pre.borrow_mut().right = node; } else { pre.borrow_mut().left = node; } } /* 刪除節點 */ pub fn remove(&mut self, num: i32) { // 若樹為空,直接提前返回 if self.root.is_none() { return; } let mut cur = self.root.clone(); let mut pre = None; // 迴圈查詢,越過葉節點後跳出 while let Some(node) = cur.clone() { match num.cmp(&node.borrow().val) { // 找到待刪除節點,跳出迴圈 Ordering::Equal => break, // 待刪除節點在 cur 的右子樹中 Ordering::Greater => { pre = cur.clone(); cur = node.borrow().right.clone(); } // 待刪除節點在 cur 的左子樹中 Ordering::Less => { pre = cur.clone(); cur = node.borrow().left.clone(); } } } // 若無待刪除節點,則直接返回 if cur.is_none() { return; } let cur = cur.unwrap(); let (left_child, right_child) = (cur.borrow().left.clone(), cur.borrow().right.clone()); match (left_child.clone(), right_child.clone()) { // 子節點數量 = 0 or 1 (None, None) | (Some(_), None) | (None, Some(_)) => { // 當子節點數量 = 0 / 1 時, child = nullptr / 該子節點 let child = left_child.or(right_child); let pre = pre.unwrap(); // 刪除節點 cur if !Rc::ptr_eq(&cur, self.root.as_ref().unwrap()) { let left = pre.borrow().left.clone(); if left.is_some() && Rc::ptr_eq(&left.as_ref().unwrap(), &cur) { pre.borrow_mut().left = child; } else { pre.borrow_mut().right = child; } } else { // 若刪除節點為根節點,則重新指定根節點 self.root = child; } } // 子節點數量 = 2 (Some(_), Some(_)) => { // 獲取中序走訪中 cur 的下一個節點 let mut tmp = cur.borrow().right.clone(); while let Some(node) = tmp.clone() { if node.borrow().left.is_some() { tmp = node.borrow().left.clone(); } else { break; } } let tmpval = tmp.unwrap().borrow().val; // 遞迴刪除節點 tmp self.remove(tmpval); // 用 tmp 覆蓋 cur cur.borrow_mut().val = tmpval; } } } } /* Driver Code */ fn main() { /* 初始化二元搜尋樹 */ let mut bst = BinarySearchTree::new(); // 請注意,不同的插入順序會生成不同的二元樹,該序列可以生成一個完美二元樹 let nums = [8, 4, 12, 2, 6, 10, 14, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15]; for &num in &nums { bst.insert(num); } println!("\n初始化的二元樹為\n"); print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap()); /* 查詢結點 */ let node = bst.search(7); println!( "\n查詢到的節點物件為 {:?},節點值 = {}", node.clone().unwrap(), node.clone().unwrap().borrow().val ); /* 插入節點 */ bst.insert(16); println!("\n插入節點 16 後,二元樹為\n"); print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap()); /* 刪除節點 */ bst.remove(1); println!("\n刪除節點 1 後,二元樹為\n"); print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap()); bst.remove(2); println!("\n刪除節點 2 後,二元樹為\n"); print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap()); bst.remove(4); println!("\n刪除節點 4 後,二元樹為\n"); print_util::print_tree(bst.get_root().as_ref().unwrap()); }