Chapter 07 트리

Contents 7. 1 트리의 개념 7. 2 이진 트리 소개 7. 3 이진 트리 표현 7. 4 이진 트리 순회 7. 1 트리의 개념 7. 2 이진 트리 소개 7. 3 이진 트리 표현 7. 4 이진 트리 순회 7. 5 이진 트리 연산 7. 6 스레드 이진 트리 7. 7 이진 탐색 트리 7. 8 이진 탐색 트리의 응용 : 영어 사전

7. 1 트리의 개념 트리 (Tree) 트리 : 계층적인 구조를 나타내는 자료구조 트리는 부모-자식 관계의 노드들로 구성 7. 1 트리의 개념 트리 (Tree) 트리 : 계층적인 구조를 나타내는 자료구조 트리는 부모-자식 관계의 노드들로 구성 응용분야 계층적인 조직 표현 파일 시스템 인공지능에서의 결정트리

7. 1 트리의 개념 용어 노드 (node) : 트리의 구성요소 루트 (root) : 부모가 없는 노드 (A) 7. 1 트리의 개념 용어 노드 (node) : 트리의 구성요소 루트 (root) : 부모가 없는 노드 (A) 서브트리(subtree) : 하나의 노드와 그 노드들의 자손들로 이루어진 트리 단말노드 (terminal node) : 자식이 없는 노드 (A,B,C,D) 비단말노드 : 적어도 하나의 자식을 가지는 노드 (E,F,G,H,I,J) 자식, 부모, 형제, 조상, 자손 노드 : 인간과 동일 레벨 (level) : 트리의 각층의 번호 높이 (height) : 트리의 최대 레벨(3) 차수 (degree) : 노드가 가지고 있는 자식 노드의 개수

7. 2 이진 트리 소개 이진 트리 (Binary tree) 이진 트리 (binary tree) 7. 2 이진 트리 소개 이진 트리 (Binary tree) 이진 트리 (binary tree) 모든 노드가 2개의 서브 트리를 가지고 있는 트리 서브트리는 공집합일수 있다. 이진트리의 노드에는 최대 2개까지의 자식 노드가 존재 모든 노드의 차수가 2 이하가 됨 → 구현하기가 편리함 이진 트리에는 서브 트리간의 순서가 존재

7. 2 이진 트리 소개 이진 트리의 성질 노드의 개수가 n개이면 간선의 개수는 n-1 높이가 h인 이진트리의 경우 7. 2 이진 트리 소개 이진 트리의 성질 노드의 개수가 n개이면 간선의 개수는 n-1 높이가 h인 이진트리의 경우 최소 h개의 노드를 가지며 최대 2h-1개의 노드를 가짐

7. 2 이진 트리 소개 이진 트리의 성질 (Cont.) n개의 노드를 가지는 이진트리의 높이는 최대 n이거나 최소

7. 2 이진 트리 소개 이진 트리의 분류 포화 이진 트리 (full binary tree) 7. 2 이진 트리 소개 이진 트리의 분류 포화 이진 트리 (full binary tree) 트리의 각 레벨에 노드가 꽉 차있는 이진트리 완전 이진 트리 (complete binary tree) 높이가 h일 때 레벨 1부터 h까지는 노드가 모두 채워져 있고 마지막 레벨 h에서는 왼쪽부터 오른쪽으로 노드가 순서대로 채워져 있는 이진트리

7. 3 이진 트리의 표현 이진 트리의 표현 배열 표현법 링크 표현법 7. 3 이진 트리의 표현 이진 트리의 표현 배열 표현법 모든 이진 트리를 포화 이진 트리라고 가정하고 각 노드에 번호를 붙여서 그 번호를 배열의 인덱스로 삼아 노드의 데이터를 배열에 저장하는 방법 링크 표현법 포인터를 이용하여 부모 노드가 자식 노드를 가리키게 하는 방법

7. 4 이진 트리의 순회 순회 (Traversal) 트리의 노드들을 체계적으로 방문하는 것 3가지의 기본적인 순회방법 7. 4 이진 트리의 순회 순회 (Traversal) 트리의 노드들을 체계적으로 방문하는 것 3가지의 기본적인 순회방법 전위 순회 (preorder traversal)    : VLR 자손 노드보다 루트 노드를 먼저 방문 중위 순회 (inorder traversal)  : LVR 왼쪽 자손, 루트, 오른쪽 자손 순으로 방문. 후위 순회 (postorder traversal) : LRV 루트 노드보다 자손을 먼저 방문

7. 4 이진 트리의 순회 전위 순회 (Preorder traversal) 루트를 먼저 방문하는 순회방법 ; VLR 응용분야 7. 4 이진 트리의 순회 전위 순회 (Preorder traversal) 루트를 먼저 방문하는 순회방법 ; VLR 응용분야 예) 구조화된 문서출력 // 전위 순회 preorder( TreeNode *root ){     if ( root ){       printf("%d", root->data );  // 노드 방문       preorder( root->left );// 왼쪽서브트리 순회       preorder( root->right );// 오른쪽서브트리 순회     } }

7. 4 이진 트리의 순회 중위 순회 (Inorder traversal) 7. 4 이진 트리의 순회 중위 순회 (Inorder traversal) 왼쪽 서브트리 → 루트 → 오른쪽 서브트리 순으로 방문 ; LVR // 중위 순회 inorder( TreeNode *root ){     if ( root ){       inorder( root->left );// 왼쪽서브트리 순회       printf("%d", root->data );  // 노드 방문       inorder( root->right );// 오른쪽서브트리 순회     } }

7. 4 이진 트리의 순회 후위 순회 (Postorder traversal) 7. 4 이진 트리의 순회 후위 순회 (Postorder traversal) 루트 → 왼쪽서브트리 → 오른쪽서브트리 순으로 방문 예) 디렉토리 용량 계산 // 후위 순회 postorder( TreeNode *root ){ if ( root ){ postorder( root->left );// 왼쪽서브트리 순회 postorder( root->right );// 오른쪽서브트리순회 printf("%d", root->data ); // 노드 방문 }

7. 4 이진 트리의 순회 수식 트리 산술식을 트리 형태로 표현한 것 비단말노드 : 연산자(operator) 7. 4 이진 트리의 순회 수식 트리 산술식을 트리 형태로 표현한 것 비단말노드 : 연산자(operator) 단말노드 : 피연산자(operand) 수식 a + b a - (b × c) (a < b) or (c < d) 전위순회 + a b - a × b c or < a b < c d 중위순회 a - b × c a < b or c < d 후위순회 a b + a b c × - a b < c d < or

7. 4 이진 트리의 순회 수식 트리의 계산 후위 순회를 사용 서브 트리의 값을 순환 호출로 계산 7. 4 이진 트리의 순회 수식 트리의 계산 후위 순회를 사용 서브 트리의 값을 순환 호출로 계산 비단말 노드를 방문할때 양쪽 서브 트리의 값을 저장된 연산자를 이용하여 계산 evaluate(exp) if exp = NULL then return 0; else x←evaluate(exp->left); y←evaluate(exp->right); op←exp->data; return (x op y);

7. 5 이진 트리 연산 노드의 개수 탐색 트리 안의 노드의 개수를 계산 7. 5 이진 트리 연산 노드의 개수 탐색 트리 안의 노드의 개수를 계산 각각의 서브 트리에 대하여 순환 호출한 다음, 반환되는 값에 1을 더하여 반환 int get_node_count(TreeNode *node) { int count=0; if( node != NULL ) count = 1 + get_node_count(node->left)+ get_node_count(node->right); return count; }

7. 5 이진 트리 연산 높이 서브 트리에 대하여 순환 호출하고 서브 트리 들의 반환값 중에서 최대값을 구하여 반환 7. 5 이진 트리 연산 높이 서브 트리에 대하여 순환 호출하고 서브 트리 들의 반환값 중에서 최대값을 구하여 반환 int get_height(TreeNode *node) { int height=0; if( node != NULL ) height = 1 + max(get_height(node->left), get_height(node->right)); return height; }

7. 6 스레드 이진 트리 스레드 이진 트리 이진 트리의 NULL 링크를 이용하여 순환 호출 없이도 트리의 노드 들을 순회 7. 6 스레드 이진 트리 스레드 이진 트리 이진 트리의 NULL 링크를  이용하여 순환 호출 없이도 트리의 노드 들을 순회 스레드 이진 트리(threaded binary tree) NULL 링크에 중위 순회 시에 후속 노드인 중위 후속자 (inorder successor)를 저장시켜 놓은 트리 단말 노드와 비단말 노드의 구별을 위히여 is_thread 필드 필요 typedef struct TreeNode { int data; struct TreeNode *left, *right; int is_thread; //만약 오른쪽 링크가 스레드이면 TRUE } TreeNode;

7. 7 이진 탐색 트리 이진 탐색 트리 (BST ; Binary Search Tree) 7. 7 이진 탐색 트리 이진 탐색 트리 (BST ; Binary Search Tree) 탐색작업을 효율적으로 하기 위한 자료구조 key (왼쪽서브트리) ≤ key (루트노드) ≤ key (오른쪽서브트리) 이진 탐색을 중위 순회하면 오름차순으로 정렬된 값을 얻을 수 있음

7. 7 이진 탐색 트리 탐색 연산 비교한 결과가 같으면 탐색이 성공적으로 끝남 7. 7 이진 탐색 트리 탐색 연산 비교한 결과가 같으면 탐색이 성공적으로 끝남 비교한 결과가, 주어진 키 값이 루트 노드의 키 값보다 작으면 탐색은 이 루트 노드의 왼쪽 자식을 기준으로 다시 시작 비교한 결과가, 주어진 키 값이 루트 노드의 키 값보다 크면 탐색은 이 루트 노드의 오른쪽 자식을 기준으로 다시 시작 search(x, k) if x=NULL then return NULL; if k=x->key then return x; else if k<x->key then return search(x->left, k); else return search(x->right, k);

7. 7 이진 탐색 트리 삽입 연산 이진 탐색 트리에 원소를 삽입하기 위해서는 먼저 탐색을 수행하는 것이 필요 7. 7 이진 탐색 트리 삽입 연산 이진 탐색 트리에 원소를 삽입하기 위해서는 먼저 탐색을 수행하는 것이 필요 탐색에 실패한 위치가 바로 새로운 노드를 삽입하는 위치 insert_node(T,z) p←NULL; t←root; while t≠NULL do p←t; if z->key < p->key then t←p->left; else t←p->right; if p=NULL then root←z;// 트리가 비어있음 else if z->key < p->key then p->left←z else p->right←z

7. 7 이진 탐색 트리 삭제 연산 3가지의 경우 CASE 1 삭제하려는 노드가 단말 노드일 경우 7. 7 이진 탐색 트리 삭제 연산 3가지의 경우 삭제하려는 노드가 단말 노드일 경우 삭제하려는 노드가 하나의 왼쪽이나 오른쪽 서브 트리중 하나만 가지고 있는 경우 삭제하려는 노드가 두 개의 서브 트리 모두 가지고 있는 경우 CASE 1 단말 노드의 부모 노드를 찾아서 연결을 해제 　

7. 7 이진 탐색 트리 삭제 연산 (Cont.) CASE 2 제하려는 노드가 하나의 서브 트리만 가지고 있는 경우 7. 7 이진 탐색 트리 삭제 연산 (Cont.) CASE 2 제하려는 노드가 하나의 서브 트리만 가지고 있는 경우 삭제되는 노드가 왼쪽이나 오른쪽 서브 트리 중 하나만 가지고 있는 경우에는 노드는 삭제하고 서브 트리는 부모 노드에 연결

7. 7 이진 탐색 트리 삭제 연산 (Cont.) CASE 3 삭제하려는 노드가 두 개의 서브 트리를 가지고 있는 경우 7. 7 이진 탐색 트리 삭제 연산 (Cont.) CASE 3 삭제하려는 노드가 두 개의 서브 트리를 가지고 있는 경우 삭제 노드와 가장 비슷한 값을 가진 노드를 삭제 노드 위치로 이동

7. 7 이진 탐색 트리 이진 탐색 트리의 성능 이진 탐색 트리에서의 탐색, 삽입, 삭제 연산의 시간 복잡도는 트리의 높이를 h라고 했을 때 h에 비례 최선의 경우 이진 트리가 균형적으로 생성되어 있는 경우 h=log2n 최악의 경우 한쪽으로 치우친 경사 이진 트리의 경우 h=n 순차탐색과 시간복잡도가 같음

7. 8 이진 탐색 트리의 응용 : 영어 사전 이진 탐색 응용 영어 사전 구현 프로그램 7.12 참조 (page. 292) 7. 8 이진 탐색 트리의 응용 : 영어 사전 이진 탐색 응용 영어 사전 구현 텍스트 메뉴 방식 노드의 삽입, 삭제, 탐색 기능 프로그램 7.12 참조 (page. 292)

[ Exercises ] Chapter 07 (page. 297) 25 이진 트리에서 자식이 하나만 있는 노드의 개수 반환 25 이진 트리에서 자식이 하나만 있는 노드의 개수 반환 26 이진 트리에서 자식이 둘인 노드의 개수 반환 27 트리에서 최대 값과 최소 값을 탐색 28/29 트리를 이용한 숫자 정렬