Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi - Джулиан Бакнелл

aAction(Node^.btData, aExtraData, StopNow);

if StopNow then begin

Result := Node;

Stack.Clear;

end

{в противном случае продолжить цикл}

else begin

{затолкнуть правую дочернюю связь, если она не нулевая}

if (Node^.btChild[ctRight] <> nil) then

Stack.Push(Node^.btChild[ctRight]);

{затолкнуть левую дочернюю связь, если она не нулевая}

if (Node^.btChild[ctLeft]<> nil) then

Stack.Push(Node^.btChild[ctLeft]);

end;

end;

finally

{уничтожить стек}

Stack.Free;

end;

end;

Касательно кода, приведенного в листинге 8.5, следует сделать несколько замечаний. Во-первых, мы используем процедуру действия, которая несколько сложнее применявшейся ранее. Процедура типа TtdVisitProc предоставляет пользователю метода обхода большую степень управления процессом, а именно -возможность остановить обход. Т.е. пользователь класса бинарного дерева может выполнять действия как для каждой записи (посещая все узлы), так и для первой найденной записи (т.е. для поиска первого узла, удовлетворяющего заданному условию). Значение третьего параметра процедуры действия, aStopVisits, устанавливается равным false вызывающей процедурой, а если процедуре действия нужно остановить обход, это значение может быть установлено равным true (в этом случае метод обхода вернет элемент, который привел к возврату значения true процедурой действия).

Однако, важная особенность приведенного в листинге 8.5 кода состоит в том, что процедура считает дерево не пустым. Фактически эта процедура - внутренняя процедура класса бинарного дерева, возможного при определенных условиях, и она будет вызываться только для дерева, которое содержит, по меньшей мере, один узел.

Убедившись, насколько просто избавиться от рекурсии при обходе в ширину, можно было бы предположить, что это легко сделать и для остальных двух видов обхода. Однако, применяя это же подход к симметричному обходу и обходу в глубину, мы сталкиваемся с препятствием. Чтобы понять, о чем идет речь, рассмотрим исключение рекурсии для симметричного обхода тем же способом, который был применен для обхода в ширину. Теоретически в цикле нужно было бы затолкнуть в стек правый дочерний узел, затем сам узел, а затем левый дочерний узел. Далее, со временем, нужно было бы вытолкнуть узел из стека и выполнить его обработку. Но, вытолкнув узел из стека, как узнать, встречался ли он ранее? Если узел ранее встречался, его нужно посетить;

если нет, его вместе с дочерними узлами необходимо затолкнуть в стек, но в правильном порядке.

В действительности нужно сделать следующие действия. Вытолкнуть узел из стека. Если ранее узел не встречался, нужно затолкнуть в стек правый дочерний узел, пометить узел как "встречавшийся", затолкнуть его, а затем затолкнуть в стек левый дочерний узел. Если ранее узел встречался (помните, что он уже помечен?), следует просто его обработать. Но как пометить узел? В конце концов, узел - это указатель, и в действительности не хотелось бы с ним возиться. Я предлагаю следующее решение: после заталкивания в стек "встречавшегося" узла нужно затолкнуть узел nil. В этом случае выталкивание из стека нулевого узла свидетельствует о том, что следующий узел в стеке является тем, который должен быть обработан.

Нерекурсивный алгоритм симметричного обхода работает следующим образом. Затолкните в стек корневой узел и войдите в цикл, который должен выполняться до момента опустошения стека. Вытолкните верхний узел из стека. Если он является нулевым, вытолкните из стека следующий узел и посетите его. Если вытолкнутый узел не является нулевым, затолкните в стек правый дочерний узел (если он является ненулевым), затем сам узел, затем затолкните нулевой указатель и в заключение затолкните в стек левый дочерний узел (если он является ненулевым). Снова выполните цикл.

Как и в случае обхода в ширину, метод предполагает, что дерево является не пустым, и что в нем присутствует, по меньшей мере, один узел. В данном случае это еще более важно, поскольку метод может работать совершенно не правильно, если нулевой узел заталкивается в стек, который не связан с алгоритмом.

Листинг 8.6. Нерекурсивный симметричный обход

function TtdBinaryTree.btNoRecInOrder(aAction : TtdVisitProc;

aExtraData : pointer): PtdBinTreeNode;

var

Stack : TtdStack;

Node : PtdBinTreeNode;

StopNow : boolean;

begin

{предположим, что мы не добрались до выбранного узла}

Result := nil;

StopNow := false;

{создать стек}

Stack := TtdStack.Create(nil);

try

{затолкнуть корневой узел}

Stack.Push(FHead^.btChild[ctLeft]);

{продолжать процесс до тех пор, пока стек не опустеет}

while not Stack.IsEmpty do

begin

{извлечь узел в начале очереди}

Node := Stack.Pop;

{если он является нулевым, вытолкнуть из стека следующий узел и выполнить с ним указанное действие. Если в результате возвращается запрос на прекращение обхода, вернуть этот узел}

if (Node = nil) then begin

Node := Stack.Pop;

aAction(Node^.btData, aExtraData, StopNow);

if StopNow then begin

Result := Node;

Stack.Clear;

end;

end

{в противном случае дочерние узлы этого узла в стек еще не заталкивались}

else begin

{затолкнуть правый дочерний узел, если он не нулевой}

if (Node^.btChild[ctRight] <> nil) then

Stack.Push(Node^.btChild[ctRight]);

{затолкнуть узел, а за ним - нулевой указатель}

Stack.Push(Node);

Stack.Push(nil);

{затолкнуть левый дочерний узел, если он не нулевой}

if (Node^.BtChild[ctLeft] <> nil) then

Stack.Push(Node^.btChild[ctLeft]);

end;

end;

finally

{уничтожить стек}

Stack.Free;

end;

end;

Нерекурсивный алгоритм обхода в глубину работает аналогично. Необходимо затолкнуть в стек корневой узел и войти в цикл, который будет выполняться до момента опустошения стека. В цикле необходимо вытолкнуть из стека верхний узел. Если он является нулевым, нужно вытолкнуть из стека следующий узел и выполнить его обработку. Если узел не является нулевым, следует затолкнуть в стек сам узел, затем нулевой указатель, затем правый дочерний узел (если он является ненулевым), а затем левый дочерний узел (если он является ненулевым). Затем необходимо снова выполнить цикл.

Листинг 8.7. Нерекурсивный обход в глубину

function TtdBinaryTree.btNoRecPostOrder(aAction : TtdVisitProc;

aExtraData : pointer): PtdBinTreeNode;

var

Stack : TtdStack;

Node : PtdBinTreeNode;

StopNow : boolean;

begin

{предположим, что мы не добрались до выбранного узла}

Result := nil;

StopNow := false;

{создать стек}

Stack := TtdStack.Create(nil);

try

{затолкнуть корневой узел}

Stack.Push(FHead^.btChild[ctLeft]);

{продолжать процесс до тех пор, пока стек не опустеет}

while not Stack.IsEmpty do

begin

{извлечь узел в начале очереди}

Node := Stack.Pop;

{если он является нулевым, вытолкнуть из стека следующий узел и выполнить с ним указанное действие. Если в результате возвращается значение false (т.е. обход должен быть прекращен), вернуть этот узел}

if (Node = nil) then begin

Node := Stack.Pop;

aAction(Node^.btData, aExtraData, StopNow);

if StopNow then begin

Result := Node;

Stack.Clear;

end;

end

{в противном случае дочерние узлы этого узла в стек еще не заталкивались}

else begin

{затолкнуть узел, а за ним - нулевой указатель}

Stack.Push(Node);

Stack.Push(nil);

{затолкнуть правый дочерний узел, если он не нулевой}

if (Node^.btChild[ctRight] <> nil) then

Stack.Push(Node^.btChild[ctRight]);

{затолкнуть левый дочерний узел, если он не нулевой}

if (Node^.btChild[ctLeft] <> nil) then

Stack.Push(Node^.btChild[ctLeft]);

end;

end;

finally

{уничтожить стек}

Stack.Free;

end;

end;

Как и ранее, по тем же причинам, метод предполагает, что дерево является не пустым.

Обход по уровням

Мы еще не рассматривали обход по уровням, при котором вначале посещается корневой узел, затем слева направо посещаются два возможных узла на первом уровне, затем слева направо четыре возможных узла на втором уровне и т.д. Этот метод обхода кажется слишком сложным для кодирования, но в действительности он очень прост. Достаточно знать один прием. Он заключается в следующем применении очереди. Поместим корневой узел в очередь, и будем выполнять цикл до тех пор, пока очередь не опустеет. Удалим из очереди верхний узел. Посетим его. Если его левая дочерняя связь является ненулевой, поместим ее в очередь. Если правая дочерняя связь является ненулевой, поместим в очередь и ее. Если очередь не пуста, снова выполним цикл. Вот, собственно, и все.

Листинг 8.8. Обход по уровням

function TtdBinaryTree.btLevelOrder(aAction : TtdVisitProc;

aExtraData : pointer): PtdBinTreeNode;

var

Queue : TtdQueue;

Node : PtdBinTreeNode;

StopNow : boolean;

begin

{предположим, что мы не добрались до выбранного узла}

Result := nil;

StopNow := false;

{создать очередь}

Queue := TtdQueue.Create(nil);

try

{поместить корневой узел в очередь}

Queue.Enqueue(FHead^.btChild[ctLeft]);

{продолжать процесс до тех пор, пока очередь не опустеет}

while not Queue.IsEmpty do

begin

{извлечь узел в начале очереди}

Node := Queue.Dequeue;

{выполнить действия с ним. Если в результате возвращается запрос на прекращение обхода, вернуть этот узел}

aAction(Node^.btData, aExtraData, StopNow);

if StopNow then begin

Result :=Node;

Queue.Clear;

end

{в противном случае продолжить процесс}

else begin

{поместить в очередь левый дочерний узел, если он не нулевой}