树的叶子结点与完全二叉树结点计算方法

一:完全二叉树中结点问题

分析:

       设叶子节点个数为n0,度为1的节点个数为n1,度为2的节点个数为n2

       侧有 

                n0+n1+n2=n                (1)

       对于二叉树有:

                n0=n2+1                       (2)

       由(1)(2) ==>

                n0=(n+1-n1)/2              (3)

       由完全二叉树的性质可知:n1=0 或 1

总结:

        (a):当n1=0时(即度为1的节点为0个时,此时n为奇数)或者n为奇数时

              n0= (n+1)/2;

        (b):当n1=1时(即度为1的节点为1个时,此时n为偶数)或者n为偶数

             n0= n/2;

      综合(a)(b)可得:

        (结论):一个具有n个节点的完全二叉树,其叶子节点的个数n0为: n/2 向上取整,或者(n+1)/2 向下取整
 

首先定义二叉树的度为子节点的个数,因此根据这个概念,节点情况只有0,1,2三种情况,分别用n0,n1,n2表示。 
一个棵树的节点总数=n0+n1+n2 
如图: 
 


当节点数N为奇数时,说明该树结构中没有度为1的节点。 
当节点数为偶数时,说明有一个度为1的节点,如上图情况。 
对于一个非空二叉树,有以下等式成立 
n0=n2+1

举例说明: 
设一棵完全二叉树共有699个节点,则在该二叉树中的叶节点数是什么? 
n=n0+n1+n2 
n0=n2+1 
n=699,奇数,说明n1为0; 
n=n0+n0-1 
n0=350,所以叶节点数为350。

下面看另一个题目:

一颗完全二叉树第六层有8个叶结点(根为第一层),则结点个数最多有()个。


二叉树第k层最多有 2^(k-1) 个节点
第六层最多有32个节点
第五层最多有16个节点
第四层最多有8个节点
第三层最多有4个节点
第二层最多有2个节点 
第一层最多有1个节点

完全二叉树的叶节点只可能出现在后两层

如果完全二叉树有6层,则前5层是满二叉树,总节点数目为16+8+4+2+1+8=39

如果完全二叉树有7层,则前6层是满二叉树,
前六层总节点数目为32+16+8+4+2+1=63
第六层有8个叶子节点,则有32-8=24个非叶子节点
第七层最多有24*2个叶子节点
总节点数目为63+24*2=111

 

二:树的叶子结点计算方法

在学习树的时候经常会遇到计算树中叶子结点的个数的题,比如现在有这样一道题

已知在一棵度为4的树T中,若有20个度为4的结点,10个度为3的结点,1个度为2的结点,10个度为1的结点,则树T的叶子结点的个数为?
解决这道题的思路是列出一个关于各个度的结点的等式,从而根据已知条件算出度为0的结点的个数,下面具体说一下解题方法:

设树T中的结点个数为n,度为0的结点的个数为n0,度为1的结点的个数为n1,度为2的结点的个数为n2,度为3的结点的个数为n3,度为4的结点的个数为n4,则有:

n = n0 + n1 + n2 + n3 + n4

设树T中的总边数为e,因为除了根节点的入度为0,其余各节点的入度都为1,则有:

e = n - 1 = n0 + n1 + n2 + n3 + n4 - 1

又因为,n0的出度为0,n1的出度为1,n2的出度为2,n3的出度为3,n4的出度为4,所以:

e = n0 * 0 + n1 * 1+ n2 * 2 + n3 * 3 + n4 * 4

综上所述:

e = n0 * 0 + n1 * 1+ n2 * 2 + n3 * 3 + n4 * 4 = n0 + n1 + n2 + n3 + n4 - 1

n0 = n2 + n3 * 2 + n4 * 3 + 1

根据题意,n2 = 1, n3 = 10 ,n4 = 20 ,代入得:

n0 = 82

因此该树T有82个叶子结点

看完了上面的解题过程,思路应该很清晰明了吧,没懂?没关系,我们再来看一道题

一棵度为3的树中,有3度的结点100个,有2度的结点200个,有叶子结点多少个?
还是和上面一样的解题过程,我稍微简略一点写,思路都是一样的

n = n0 + n1 + n2 + n3

e = n - 1 = n0 + n1 + n2 + n3 - 1

e = n0 * 0 + n1 * 1 + n2 * 2 + n3 * 3

n0 + n1 + n2 + n3 - 1 = n0 * 0 + n1 * 1 + n2 * 2 + n3 * 3

n0 = n2 + n3 * 2 + 1

则叶子结点的个数为401个
 

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