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Java
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/**
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* <p>
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* Materialien zu den zentralen NRW-Abiturpruefungen im Fach Informatik ab 2018
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* </p>
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* <p>
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* Generische Klasse BinarySearchTree<ContentType>
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* </p>
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* <p>
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* Mithilfe der generischen Klasse BinarySearchTree koennen beliebig viele
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* Objekte in einem Binaerbaum (binaerer Suchbaum) entsprechend einer
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* Ordnungsrelation verwaltet werden. <br />
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* Ein Objekt der Klasse stellt entweder einen leeren binaeren Suchbaum dar oder
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* verwaltet ein Inhaltsobjekt sowie einen linken und einen rechten Teilbaum,
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* die ebenfalls Objekte der Klasse BinarySearchTree sind.<br />
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* Die Klasse der Objekte, die in dem Suchbaum verwaltet werden sollen, muss
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* das generische Interface ComparableContent implementieren. Dabei muss durch
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* Ueberschreiben der drei Vergleichsmethoden isLess, isEqual, isGreater (s.
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* Dokumentation des Interfaces) eine eindeutige Ordnungsrelation festgelegt
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* sein. <br />
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* Alle Objekte im linken Teilbaum sind kleiner als das Inhaltsobjekt des
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* binaeren Suchbaums. Alle Objekte im rechten Teilbaum sind groesser als das
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* Inhaltsobjekt des binaeren Suchbaums. Diese Bedingung gilt (rekursiv) auch in
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* beiden Teilbaeumen. <br />
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* Hinweis: In dieser Version wird die Klasse BinaryTree nicht benutzt.
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* </p>
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* @author Qualitaets- und UnterstuetzungsAgentur - Landesinstitut fuer Schule
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* @version Generisch_03 2017-11-28
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*/
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public class BinarySearchTree<ContentType extends ComparableContent<ContentType>> {
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/* --------- Anfang der privaten inneren Klasse -------------- */
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/**
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* Durch diese innere Klasse kann man dafuer sorgen, dass ein leerer Baum
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* null ist, ein nicht-leerer Baum jedoch immer eine nicht-null-Wurzel sowie
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* nicht-null-Teilbaeume hat.
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*/
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private class BSTNode<CT extends ComparableContent<CT>> {
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private CT content;
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private BinarySearchTree<CT> left, right;
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public BSTNode(CT pContent) {
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// Der Knoten hat einen linken und rechten Teilbaum, die
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// beide von null verschieden sind. Also hat ein Blatt immer zwei
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// leere Teilbaeume unter sich.
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this.content = pContent;
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left = new BinarySearchTree<CT>();
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right = new BinarySearchTree<CT>();
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}
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}
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/* ----------- Ende der privaten inneren Klasse -------------- */
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private BSTNode<ContentType> node;
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/**
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* Der Konstruktor erzeugt einen leeren Suchbaum.
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*/
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public BinarySearchTree() {
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this.node = null;
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}
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/**
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* Diese Anfrage liefert den Wahrheitswert true, wenn der Suchbaum leer ist,
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* sonst liefert sie den Wert false.
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*
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* @return true, wenn der binaere Suchbaum leer ist, sonst false
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*
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*/
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public boolean isEmpty() {
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return this.node == null;
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}
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/**
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* Falls der Parameter null ist, geschieht nichts.<br />
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* Falls ein bezueglich der verwendeten Vergleichsmethode isEqual mit
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* pContent uebereinstimmendes Objekt im geordneten binaeren Suchbau
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* enthalten ist, passiert nichts. <br />
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* Achtung: hier wird davon ausgegangen, dass isEqual genau dann true
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* liefert, wenn isLess und isGreater false liefern. <br />
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* Andernfalls (isLess oder isGreater) wird das Objekt pContent entsprechend
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* der vorgegebenen Ordnungsrelation in den BinarySearchTree eingeordnet.
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*
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* @param pContent
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* einzufuegendes Objekt vom Typ ContentType
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*
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*/
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public void insert(ContentType pContent) {
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if (pContent != null) {
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if (isEmpty()) {
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this.node = new BSTNode<ContentType>(pContent);
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} else if (pContent.isLess(this.node.content)) {
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|
this.node.left.insert(pContent);
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|
} else if(pContent.isGreater(this.node.content)) {
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|
this.node.right.insert(pContent);
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|
}
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|
}
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|
}
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/**
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* Diese Anfrage liefert den linken Teilbaum des binaeren Suchbaumes. <br />
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* Wenn er leer ist, wird null zurueckgegeben.
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*
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* @return den linken Teilbaum (Objekt vom Typ BinarySearchTree<ContentType>)
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* bzw. null, wenn der Suchbaum leer ist
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*
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*/
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public BinarySearchTree<ContentType> getLeftTree() {
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if (this.isEmpty()) {
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return null;
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} else {
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return this.node.left;
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|
}
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|
}
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/**
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* Diese Anfrage liefert das Inhaltsobjekt des Suchbaumes. Wenn der Suchbaum
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* leer ist, wird null zurueckgegeben.
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*
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* @return das Inhaltsobjekt vom Typ ContentType bzw. null, wenn der aktuelle
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* Suchbaum leer ist
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*
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*/
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public ContentType getContent() {
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if (this.isEmpty()) {
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return null;
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} else {
|
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return this.node.content;
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|
}
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|
}
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/**
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* Diese Anfrage liefert den rechten Teilbaum des binaeren Suchbaumes. <br />
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|
* Wenn er leer ist, wird null zurueckgegeben.
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|
*
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|
* @return den rechten Teilbaum (Objekt vom Typ BinarySearchTree<ContentType>)
|
|
* bzw. null, wenn der aktuelle Suchbaum leer ist
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|
*
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*/
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public BinarySearchTree<ContentType> getRightTree() {
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if (this.isEmpty()) {
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return null;
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|
} else {
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|
return this.node.right;
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|
}
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}
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/**
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* Falls ein bezueglich der verwendeten Vergleichsmethode mit
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* pContent uebereinstimmendes Objekt im binaeren Suchbaum enthalten
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* ist, wird dieses entfernt. Falls der Parameter null ist, aendert sich
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* nichts.
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*
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* @param pContent
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* zu entfernendes Objekt vom Typ ContentType
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*
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*/
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public void remove(ContentType pContent) {
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if (isEmpty() || pContent == null ) {
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|
// Abbrechen, da kein Element zum entfernen vorhanden ist.
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return;
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}
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if (pContent.isLess(node.content)) {
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|
// Element ist im linken Teilbaum zu loeschen.
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node.left.remove(pContent);
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} else if (pContent.isGreater(node.content)) {
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|
// Element ist im rechten Teilbaum zu loeschen.
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node.right.remove(pContent);
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} else {
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|
// Element ist gefunden.
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if (node.left.isEmpty()) {
|
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if (node.right.isEmpty()) {
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|
// Es gibt keinen Nachfolger.
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node = null;
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} else {
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|
// Es gibt nur rechts einen Nachfolger.
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node = getNodeOfRightSuccessor();
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|
}
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} else if (node.right.isEmpty()) {
|
|
// Es gibt nur links einen Nachfolger.
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|
node = getNodeOfLeftSuccessor();
|
|
} else {
|
|
// Es gibt links und rechts einen Nachfolger.
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if (getNodeOfRightSuccessor().left.isEmpty()) {
|
|
// Der rechte Nachfolger hat keinen linken Nachfolger.
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node.content = getNodeOfRightSuccessor().content;
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|
node.right = getNodeOfRightSuccessor().right;
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|
} else {
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BinarySearchTree<ContentType> previous = node.right
|
|
.ancestorOfSmallRight();
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BinarySearchTree<ContentType> smallest = previous.node.left;
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this.node.content = smallest.node.content;
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|
previous.remove(smallest.node.content);
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|
}
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|
}
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|
}
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|
}
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/**
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* Falls ein bezueglich der verwendeten Vergleichsmethode isEqual mit
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* pContent uebereinstimmendes Objekt im binaeren Suchbaum enthalten ist,
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|
* liefert die Anfrage dieses, ansonsten wird null zurueckgegeben. <br />
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|
* Falls der Parameter null ist, wird null zurueckgegeben.
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|
*
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|
* @param pContent
|
|
* zu suchendes Objekt vom Typ ContentType
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|
* @return das gefundene Objekt vom Typ ContentType, bei erfolgloser Suche null
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*
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*/
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public ContentType search(ContentType pContent) {
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if (this.isEmpty() || pContent == null) {
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|
// Abbrechen, da es kein Element zu suchen gibt.
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return null;
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} else {
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ContentType content = this.getContent();
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if (pContent.isLess(content)) {
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|
// Element wird im linken Teilbaum gesucht.
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return this.getLeftTree().search(pContent);
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} else if (pContent.isGreater(content)) {
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|
// Element wird im rechten Teilbaum gesucht.
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return this.getRightTree().search(pContent);
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} else if (pContent.isEqual(content)) {
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|
// Element wurde gefunden.
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return content;
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} else {
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|
// Dieser Fall sollte nicht auftreten.
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return null;
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}
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}
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}
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/* ----------- Weitere private Methoden -------------- */
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/**
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* Die Methode liefert denjenigen Baum, dessen linker Nachfolger keinen linken
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* Nachfolger mehr hat. Es ist also spaeter moeglich, in einem Baum im
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* rechten Nachfolger den Vorgaenger des linkesten Nachfolgers zu finden.
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*
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*/
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private BinarySearchTree<ContentType> ancestorOfSmallRight() {
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if (getNodeOfLeftSuccessor().left.isEmpty()) {
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return this;
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} else {
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return node.left.ancestorOfSmallRight();
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}
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}
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private BSTNode<ContentType> getNodeOfLeftSuccessor() {
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return node.left.node;
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|
}
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|
private BSTNode<ContentType> getNodeOfRightSuccessor() {
|
|
return node.right.node;
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|
}
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}
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