Binary search tree

Overview

이진 탐색 트리(BST: Binary search tree) 내용 정리

Basic

BST 는 다음과 같은 속성이 있는 이진 트리 자료 구조 이다.

각 노드에 값이 있다.
각 노드의 키 값은 모두 달라야 한다.
값 들은 전순서(totally ordered set-toset: 임의의 두 원소를 비교할 수 있는 부분 순서 집합)가 있다.
노드의 왼쪽 서브트리에는 그 노드의 값보다 작은 값들을 지닌 노드들로 이루어져 있다.
노드의 오른쪽 서브트리에는 그 노드의 값보다 큰 값들을 지닌 노드들로 이루어져 있다.
좌우 하위 트리는 각각이 다시 이진 탐색 트리여야 한다.
중복된 노드가 없어야 한다.

Search

이진 탐색 트리에서 키 X 를 가진 노드를 검색하고자 할 때, 트리에 해당 노드가 존재하면 해당 노드를 리턴하고, 존재하지 않으면 NULL 을 리턴한다.
검색하고자 하는 값을 루트 노드와 먼저 비교하고, 일치할 경우 루트노드를 리턴한다.

불일치하고 검색하고자 하는 값이 루트 노드보다 작을 경우 왼쪽 서브트리에서 재귀적으로 검색한다.

불일치하고 검색하고자 하는 값이 루트 노드보다 클 경우 오른쪽 서브트리에서 재귀적으로 검색한다.

Insert

삽입을 하기 전 검색을 수행한다.
트리를 검색한 후 일치하는 노드가 없으면 마지막 노드에서 키와 노드의 크리를 비교해서 왼쪽이나 오른쪽에 새로운 노드를 삽입한다.

Delete

삭제하려는 노드의 자식 수에 따라..

자식 노드가 없는 노드(리프 노드) 삭제: 해당 노드를 단순히 삭제한다.
자식 노드가 1개인 노드 삭제: 해당 노드를 삭제하고 그 위치에 해당 노드의 자식 노드를 대입한다.
자식 노드가 2개인 노드 삭제: 삭제하고자 하는 노드의 값을 해당 노드의 왼쪽 서브트리에서 가장 큰 값으로 대체하거나, 오른쪽 서브트리에서 가장 작은 값으로 대체한 뒤, 해당 노드(왼쪽 서브 트리에서 가장 큰 값을 가지는 노드 또는 오른쪽 서브트리에서 가장 작은 값을 가지는 노드)를 삭제한다.

Examples

C

include <stdio.h>
include <stdlib.h>

struct bst_node {

 int value;
 
 struct bst_node* left;
 struct bst_node* right;

};

struct bst_node* create_node(int value) {

 struct bst_node* node;
 
 node = calloc(1, sizeof(struct bst_node));
 node->left = NULL;
 node->right = NULL;
 node->value = value;
 
 return node;

}

void release_node(struct bst_node* node) {

 free(node);
 
 return;

}

void release_nodes(struct bst_node* node) {

 if(node == NULL) {
   return;
 }
 
 release_nodes(node->left);
 release_nodes(node->right);
 
 release_node(node);

}

void insert_node(struct bst_node* root, int value) {

 if(root == NULL) {
   fprintf(stderr, "Wrong input parameter.\n");
   return;
 }
   
 if(value < root->value) {
   if(root->left == NULL) {
     root->left = create_node(value);
     return;
   }
   else {
     insert_node(root->left, value);
     return;
   }
 }
 else if(value > root->value) {
   if(root->right == NULL) {
     root->right = create_node(value);
     return;
   }
   else {
     insert_node(root->right, value);
     return;
   }
 }
 else {
   // should not reach to here.
   fprintf(stderr, "Something was wrong. Should not reach to here.\n");
   return;
 }
 
 // should not reach to here.
 fprintf(stderr, "Something was wrong. Should not reach to here.\n");
 return;

}

static struct bst_node* find_minimum(struct bst_node* root) {

 if(root->left == NULL) {
   return root;
 }
 
 return find_minimum(root->left);

}

struct bst_node* delete_node(struct bst_node* root, int value) {

 struct bst_node* node_tmp;
 
 if(root == NULL) {
   return NULL;
 }
 
 if(value < root->value) {
   root->left = delete_node(root->left, value);
 }
 else if(value > root->value) {
   root->right = delete_node(root->right, value);
 }
 else {
   // found node. delete it.
   
   if((root->left == NULL) && (root->right == NULL)) {
     release_node(root);
     return NULL;
   }
   else if(root->left == NULL) {
     release_node(root);
     return root->right;
   }
   else if(root->right == NULL) {
     release_node(root);
     return root->left;
   }
   else {
     // node has two children
     node_tmp = find_minimum(root->right);
     root->value = node_tmp->value;
     root->right = delete_node(root->right, node_tmp->value);
   }      
 }
 
 return root;

}

struct bst_node* search_node(struct bst_node* root, int value) {

 if(root == NULL) {
   fprintf(stdout, "Could not find node.\n");
   return NULL;
 }
 
 if(value == root->value) {
   return root;
 }
 else if(value < root->value) {
   return search_node(root->left, value);
 }
 else if(value > root->value) {
   return search_node(root->right, value);
 }
 
 // should not reach to here
 fprintf(stderr, "Should not reach to here. Something was wrong.\n");
 return NULL;

}

int get_height(struct bst_node* root) {

 int height_left;
 int height_right;
 
 if(root == NULL) {
   return 0;
 }
 
 height_left = get_height(root->left);
 height_right = get_height(root->right);
 
 if(height_left > height_right) {
   return (height_left + 1);
 }
 else {
   return height_right + 1;
 }
 
 // should not reach to here.
 fprintf(stderr, "Should not reach to here. Something was wrong.\n");
 return -1;

}

void print_given_level(struct bst_node* root, int level) {

 if((root == NULL) || (level < 0)) {
   return;
 }
 
 if(level == 1) {
   printf("%d ", root->value);
 }
 
 print_given_level(root->left, level - 1);
 print_given_level(root->right, level -1);
 
 return;

}

void print_level_order(struct bst_node* root) {

 int height;
 int i;
 
 height = get_height(root);
 for(i = 1; i <= height; i++) {
   print_given_level(root, i);
   printf("\n");
 }
 
 return;

}

int main(int argc, char** argv) {

 struct bst_node* root;
 struct bst_node* node_tmp;
 
 root = NULL;
 root = create_node(5);
 
 insert_node(root, 3);
 insert_node(root, 2);
 insert_node(root, 4);
 insert_node(root, 7);
 insert_node(root, 6);
 insert_node(root, 8);

 print_level_order(root);
 
 node_tmp = search_node(root, 4);
 if(node_tmp == NULL) {
   printf("Could not find node info.\n");
 }
 else {
   printf("Found node. value[%d]\n", node_tmp->value);
 }

 node_tmp = search_node(root, 9);
 if(node_tmp == NULL) {
   printf("Could not find node info.\n");
 }
 else {
   printf("Found node. value[%d]\n", node_tmp->value);
 }

 delete_node(root, 3);
 print_level_order(root);
 
 release_nodes(root);
 
 return 0;

} </source>