Java 如何打印树

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mob64ca12eab427 2024-08-12 07:11:01 ©著作权

文章标签 System 递归 java 文章分类 Java 后端开发

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Java 如何打印树

在计算机科学中，树是一种重要的数据结构，广泛应用于各种算法和数据处理。不论是文件系统、数据库索引，还是网络路由，树都发挥着至关重要的作用。本篇文章将讲解如何在Java中打印树结构，并提供示例代码和类图。

树的基本概念

树是一种非线性的数据结构，由节点组成，其中每个节点可以有零个或多个子节点。树的顶端节点称为根节点，节点之间通过边相连接。树的高度表示从根节点到最远叶子的最长路径的边数。

一个简单的树结构如下所示：

           A
         /   \
        B     C
       / \   / \
      D   E F   G

问题定义

本文将解决的问题是：如何在控制台打印出一颗二叉树的结构。我们将实现一个TreeNode类来表示树的节点，并使用递归的方法来打印树。

树节点类的实现

首先，我们需要定义一个TreeNode类来表示树的节点。每个节点有一个值，以及指向左右子节点的引用。

public class TreeNode {
    int value;
    TreeNode left;
    TreeNode right;

    public TreeNode(int value) {
        this.value = value;
        this.left = null;
        this.right = null;
    }
}

打印树的实现

接下来，我们需要编写一个方法来打印树。我们可以使用递归来实现这一目标。下面的代码展示了如何进行树的打印：

public class BinaryTreePrinter {

    public void printTree(TreeNode root) {
        int height = height(root);
        printTree(root, 0, height);
    }

    private int height(TreeNode node) {
        if (node == null) {
            return 0;
        }
        return Math.max(height(node.left), height(node.right)) + 1;
    }

    private void printTree(TreeNode node, int level, int height) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        // 打印前置空格
        int space = (int) Math.pow(2, height - level) - 1;
        for (int i = 0; i < space; i++) {
            System.out.print(" ");
        }

        // 打印节点值
        System.out.print(node.value);
        
        // 打印后置空格
        for (int i = 0; i < space; i++) {
            System.out.print(" ");
        }
        
        System.out.println();

        // 递归打印左右子树
        printTree(node.left, level + 1, height);
        printTree(node.right, level + 1, height);
    }
}

代码解释

TreeNode类：表示树的基本节点，包括一个整数值和左右子节点。
BinaryTreePrinter类：包含打印树的主要逻辑。
- printTree(TreeNode root)：计算树的高度并调用递归打印方法。
- height(TreeNode node)：计算树的高度。
- printTree(TreeNode node, int level, int height)：逐层打印节点，并在每个节点之前和之后打印空格，以便在控制台中显示树的结构。

示例调用

我们将构建一棵树并打印它：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TreeNode root = new TreeNode(1);
        root.left = new TreeNode(2);
        root.right = new TreeNode(3);
        root.left.left = new TreeNode(4);
        root.left.right = new TreeNode(5);
        root.right.left = new TreeNode(6);
        root.right.right = new TreeNode(7);

        BinaryTreePrinter printer = new BinaryTreePrinter();
        printer.printTree(root);
    }
}

运行效果

运行上述代码后，控制台的输出将以树的结构形式展示如下：

        1        
    2           3    
  4    5     6    7

类图

为了更好地展示类的关系，以下是 TreeNode 和 BinaryTreePrinter 的类图：

classDiagram
    class TreeNode {
        +int value
        +TreeNode left
        +TreeNode right
        +TreeNode(int value)
    }
    class BinaryTreePrinter {
        +void printTree(TreeNode root)
        +int height(TreeNode node)
        +void printTree(TreeNode node, int level, int height)
    }