用python完成以下内容,输入数据是一组数据元素来构建一个二进制搜索树,您应该设计 算法来实现转换过程,并在上验证代码的准确性 多个测试数据。你需要自行设置简单的数据进行测试,你还需要标注每一步代码的意义,并且以菜单的形式 输出包括以下四个内容: (1) 打印二进制搜索树 (2) 遍历二进制搜索树 (3) 打印转换后的双链表 (4) 以正和反顺序输出双链接列表的所有元素
时间: 2024-03-25 09:36:52 浏览: 59
好的,我会根据你的要求回答问题。以下是Python代码,用于构建二叉搜索树并将其转换为双向链表。代码中包括注释来解释每个步骤的含义。
```python
# 定义一个类,表示二叉搜索树的节点
class TreeNode:
def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
self.val = val
self.left = left
self.right = right
# 定义一个类,表示双向链表的节点
class ListNode:
def __init__(self, val=0, prev=None, next=None):
self.val = val
self.prev = prev
self.next = next
# 定义一个类,表示二叉搜索树
class BST:
def __init__(self):
self.root = None
# 向二叉搜索树中插入一个元素
def insert(self, val):
if not self.root:
self.root = TreeNode(val)
return
cur = self.root
while cur:
if val < cur.val:
if not cur.left:
cur.left = TreeNode(val)
return
else:
cur = cur.left
else:
if not cur.right:
cur.right = TreeNode(val)
return
else:
cur = cur.right
# 将二叉搜索树转换为双向链表
def convert_to_doubly_linked_list(self):
if not self.root:
return None
# 递归遍历二叉搜索树,并返回左子树和右子树的双向链表
def convert(root):
# 如果当前节点没有左子树和右子树,则直接返回该节点的双向链表
if not root.left and not root.right:
return ListNode(root.val)
# 如果当前节点没有左子树,则只需要处理右子树
if not root.left:
right_head = convert(root.right)
right_tail = right_head
while right_tail.next:
right_tail = right_tail.next
cur_node = ListNode(root.val, None, right_head)
right_head.prev = cur_node
return cur_node
# 如果当前节点没有右子树,则只需要处理左子树
if not root.right:
left_tail = convert(root.left)
left_head = left_tail
while left_head.prev:
left_head = left_head.prev
cur_node = ListNode(root.val, left_tail, None)
left_tail.next = cur_node
return cur_node
# 如果当前节点既有左子树又有右子树,则需要处理左子树和右子树,并将它们连接起来
left_tail = convert(root.left)
right_head = convert(root.right)
left_head = left_tail
while left_head.prev:
left_head = left_head.prev
right_tail = right_head
while right_tail.next:
right_tail = right_tail.next
cur_node = ListNode(root.val, left_tail, right_head)
left_tail.next = cur_node
right_head.prev = cur_node
return left_head
return convert(self.root)
# 中序遍历二叉搜索树并打印
def inorder_traversal(self, root):
if not root:
return
self.inorder_traversal(root.left)
print(root.val, end=' ')
self.inorder_traversal(root.right)
# 打印二叉搜索树
def print_bst(self):
self.inorder_traversal(self.root)
print()
# 遍历双向链表并打印
def traverse_doubly_linked_list(self, head):
cur_node = head
while cur_node:
print(cur_node.val, end=' ')
cur_node = cur_node.next
print()
# 反向遍历双向链表并打印
def reverse_traverse_doubly_linked_list(self, head):
cur_node = head
while cur_node.next:
cur_node = cur_node.next
while cur_node:
print(cur_node.val, end=' ')
cur_node = cur_node.prev
print()
# 创建一个二叉搜索树并插入一些元素
bst = BST()
bst.insert(5)
bst.insert(3)
bst.insert(7)
bst.insert(2)
bst.insert(4)
bst.insert(6)
bst.insert(8)
# 打印二叉搜索树
bst.print_bst()
# 将二叉搜索树转换为双向链表并打印
head = bst.convert_to_doubly_linked_list()
bst.traverse_doubly_linked_list(head)
# 反向遍历双向链表并打印
bst.reverse_traverse_doubly_linked_list(head)
```
代码中,我们首先定义了两个类:`TreeNode`表示二叉搜索树的节点,`ListNode`表示双向链表的节点。我们还定义了一个`BST`类,表示二叉搜索树。
`BST`类包含以下方法:
- `insert(val)`:向二叉搜索树中插入一个元素。
- `convert_to_doubly_linked_list()`:将二叉搜索树转换为双向链表。
- `inorder_traversal(root)`:中序遍历二叉搜索树并打印。
- `print_bst()`:打印二叉搜索树。
- `traverse_doubly_linked_list(head)`:遍历双向链表并打印。
- `reverse_traverse_doubly_linked_list(head)`:反向遍历双向链表并打印。
我们创建一个`BST`对象并向其中插入一些元素,然后调用`print_bst()`方法打印二叉搜索树。接下来,我们调用`convert_to_doubly_linked_list()`方法将二叉搜索树转换为双向链表,并将返回的双向链表头节点保存到`head`变量中。然后,我们分别调用`traverse_doubly_linked_list(head)`和`reverse_traverse_doubly_linked_list(head)`方法遍历双向链表并打印,其中前者按正序遍历,后者按反序遍历。
这个程序的菜单功能可以通过添加以下代码实现:
```python
while True:
print('请选择要执行的操作:')
print('1. 打印二叉搜索树')
print('2. 遍历二叉搜索树')
print('3. 打印转换后的双链表')
print('4. 以正和反顺序输出双链接列表的所有元素')
print('5. 退出')
choice = input('请输入选项:')
if choice == '1':
bst.print_bst()
elif choice == '2':
bst.inorder_traversal(bst.root)
print()
elif choice == '3':
head = bst.convert_to_doubly_linked_list()
bst.traverse_doubly_linked_list(head)
elif choice == '4':
head = bst.convert_to_doubly_linked_list()
bst.traverse_doubly_linked_list(head)
bst.reverse_traverse_doubly_linked_list(head)
elif choice == '5':
break
else:
print('无效选项,请重新输入!')
```
这个代码块将打印一个菜单,然后根据用户的选择执行不同的操作。当用户选择退出时,程序将停止运行。
阅读全文