Tree and Binary tree
트리와 이진트리
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계층적인 구조를 표현할 때 사용하는 자료구조이다.
그래프의 일종이라고 볼 수도 있다. 유입되는 라인이 1개이고, 방향성을 가지지 않는 그래프라고도 말할 수 있다.
사용
가계도, 조직도, 디렉토리와 서브디렉토리 구조 등
노드, 엣지 (링크, 브랜치라고도 부름)
제일 최상단의 노드를 루트 노드라고 부른다.
부트리, subtree : 전체 트리의 일부를 자른 트리
레벨 : 루트로부터의 거리
높이 : 전체 트리의 높이. 서로 다른 레벨의 개수
부모 - 자식 : 상대적인 개념. 상하관계
형제 : 부모가 같은 노드들
리프노드 : 자식이 없는 노드
조상 - 자손 : 부모의 부모와의 관계
노드의 개수가 n개인 어떤 트리는 반드시 n-1개의 엣지를 갖는다.
노드의 개수가 4개이면, 반드시 3개의 연결선, 엣지를 갖는다.
루트에서 어떤 노드로 가는 경로는 유일하다. 또한 임의의 두 노드간의 경로도 유일하다. (같은 노드를 두번 이상 방문하지 않는다는 전제 하에!)
tree : 계층구조를 갖는 자료구조
binary tree : 이진트리. 최대 2개의 자식을 갖는다.
binary search tree
이진탐색트리
루트를 기준으로 루트보다 작으면 왼쪽, 크면 오른쪽에 위치한다.
complete binary tree
마지막 레벨을 제외하고는 모든 노드가 꽉차있는 트리
꽉 차있지 않은 마지막 레벨에서도 왼쪽부터 오른쪽으로 노드가 쌓여야한다는 특징이 있다.
full binary tree
모든 노드가 0개 혹은 2개의 자식노드를 갖는 트리
perfect binary tree
모든 노드가 2개의 자식을 갖는 트리
모든 리프(맨 마지막 노드)들이 모두 같은 레벨에 있다.
트리의 높이가 h일 때, 2^h -1 개의 노드를 갖는다.
참고
각 노드는 최대 2개의 자식을 갖는다.
일반적으로 왼쪽 자식과 오른쪽 자식의 위치가 정해진다.
부모와 자식의 구성이 같아도, 왼쪽 자식과 오른쪽 자식이 서로 다른 경우는 서로 다른 이진 트리로 간주한다.
수식의 계산을 트리 구조로 표현한 것
데이터를 압축하거나 인코딩하는 기본적인 알고리즘 중 하나
가변 길이를 인코딩할 때, 예를 들면, a부터 z까지의 알파벳으로 구성된 텍스트 파일 인코딩할 때, 해당 파일의 각 알파벳을 적절하게 인코딩 할 때, 파일 길이를 최소로 인코딩하는 곳에 사용된다.
즉, 파일 압축을 최적화하는 곳에 사용된다.
위의 그림은 각 알파벳별로 주어진 이진코드로 압축하는 과정
perfect binary tree : 모든 레벨에서 노드가 꽉꽉 차있는 트리
높이가 h인 perfect binary tree 는 2^h-1개의 노드를 가진다.
full binary tree : 자식을 2개만 갖거나 아예 갖지 않는 트리
complete binary tree : 마지막 레벨을 제외하고는 노드가 가득 차있어야 하며, 비어있는 노드는 오른쪽에서부터 연속된 몇개의 노드만 해당된다.
힙은 기본적으로 complete binary tree 여야 한다.
노드가 N개인 full or complete 이진 트리의 높이는 O(logN) 이 된다.
일반적인 이진트리는 높이가 최악의 경우 N이 될 수 있다.
연결구조 (연결리스트)로 표현한다.
각 노드에 현재 자신의 데이터 필드 + 왼쪽 자식노드 + 오른쪽 자식 노드 + 부모노드의 주소를 저장한다.
하지만 부모노드의 경우는 반드시 필요한 경우가 아니면 보통은 저장하지 않는다.
트리는 보통 위에서부터 아래로 내려가는 구조로 탐색하기 때문에 부모 주소가 크게 필요하지 않기 때문인데, 만약 부모의 주소를 기억하는 것이 중요한 경우라면, 이런 방식으로 저장하는 것이 꼭 필요하다고 할 수 있다.
첫번째 노드, 즉 루트 노드의 주소는 따로 보관한다.
순회 : 이진 트리의 모든 노드를 방문하는 일
중순위 순회, inorder : 왼쪽 -> 루트 -> 오른쪽
선순위 순회, preorder : 루트 -> 왼쪽 -> 오른쪽
후순위 순회, postorder: 왼쪽 -> 오른쪽 -> 루트
레벨 오더 순회, level-order : (루트가 존재하는) 1레벨 -> 2레벨 -> 3레벨 ...
이진 트리를 루트 노드 r, 루트의 왼쪽 부트리인 T(L), 오른쪽 부트리인 T(R) 로 나누어서 생각한다.
먼저 왼쪽 부트리를 inorder로 순회하고
r을 순회하고
T(R) 을 inorder 로 순회한다.
기본적으로 recursive 하다.
방문 순서는 : 2 -> 3 -> 5 -> 5 -> 7 -> 8
2 -> 3 -> 5 -> 5-> 7 -> 8
x의 왼쪽을 재귀함수로 호출하고, 현재의 노드 x를 출력한 뒤, 노드 x의 오른쪽 서브트리를 재귀로 다시 호출한다.
pre order : 먼저 루트 방문 -> 왼쪽 서브 트리 -> 오른쪽 서브트리
위의 예에서 보면, 5 -> 3 -> 2 -> 5 -> 7 -> 8
post order : 왼쪽 서브 트리 -> 오른쪽 서브 트리 -> 루트 방문
위의 예시에서 보면, 2 -> 5 -> 3 -> 8 -> 7 -> 5
inorder 순회하면 아래와 같이 출력된다.
x + y * a + b / c
하지만 이렇게 출력될 경우, 곱셈이 먼저 실행되므로 의도했던 식과 달라지게 된다.
해결 - 각 부트리를 순회할 때, 시작과 종료 시점에 괄호를 추가하면 다음과 같이 출력될 수 있다.
(x+y) * ((a + b)/c)
postorder 순회하면 후위 표기식이 출력 된다.
x y + a b + b / *
이진 트리를 레벨 순서로 방문하는 전략을 말한다.
동일 레벨에서는 왼쪽에서 오른쪽 순서로 방문하며,
큐를 이용하여 구현한다.
방문 순서는 아래와 같다.
루트 노드이자 시작점인 3을 큐에 넣는다.
큐 : 3
큐에서 요소를 뽑는다. 제일 첫 요소인 3의 자식 노드를 다시 큐에 넣는다.
방문 : 3
큐 : 1, 5
큐에서 1을 뽑고, 다시 1의 자식노드인 0과 2를 큐에 넣는다.
방문 : 3, 1
큐 : 5, 0, 2
큐가 empty 가 될 때까지 위의 과정을 반복한다.
방문 : 3, 1, 5, 0, 2, 4, 6, 7, 8
