20172310《程序设计与数据结构》（下）实验二：二叉树实验报告

报告封面

• 课程：《软件结构与数据结构》
• 班级： 1723
• 姓名： 仇夏
• 学号：20172310
• 实验教师：王志强老师
• 实验日期：2018年11月7日-2018年11月日
• 必修选修： 必修

实验二-1-实现二叉树

实验要求内容

参考教材p212,完成链树LinkedBinaryTree的实现（getRight,contains,toString,preorder,postorder）
用JUnit或自己编写驱动类对自己实现的LinkedBinaryTree进行测试，提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息
课下把代码推送到代码托管平台

实验过程及结果

链树LinkedBinaryTree其实课本上已经有基本的框架代码了，要自己编写的就是getRight,contains,toString,preorder,postorder这些代码。

getRight和getLeft编写的时候其实时遇到了一些问题，最后换了上述的写法。

实验二树-2-中序先序序列构造二叉树

实验要求内容

基于LinkedBinaryTree，实现基于（中序，先序）序列构造唯一一棵二㕚树的功能，比如给出中序HDIBEMJNAFCKGL和后序ABDHIEJMNCFGKL,构造出附图中的树
用JUnit或自己编写驱动类对自己实现的功能进行测试，提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息
课下把代码推送到代码托管平台

实验过程及结果

(我现在觉得自己的脑子快要气死了，现在是11月19号，我在写实验三的博客时，以实验二的博客作为模板，结果直接在上面对实验1和2进行了更改，还没有发现什么不对，直接保存了，而且还没有备份。我的人生，一片灰暗，啊啊啊啊啊ε＝ε＝ε＝(#>д<)ﾉ，只好重写了一遍，但是当时的有些图片已经找不到了了，所以接下来的图是蓝墨云中找回来的)。

• 先来看中序和后序遍历构造出一棵树的思路。

• 结果：
  
  
  

实验二 树-3-决策树

实验要求内容

自己设计并实现一颗决策树
提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息
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实验过程及结果

• 实验三是仿照背部疼痛诊断器来写的，只要看懂了背部疼痛诊断器就很好写
• 

实验二 树-4-表达式树

实验要求内容

输入中缀表达式，使用树将中缀表达式转换为后缀表达式，并输出后缀表达式和计算结果（如果没有用树，则为0分）
提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息
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实验过程及结果

在课本第十章编写了一个表达式树的类，其中的思路就是操作数一个栈，操作符一个栈来构造一棵二叉树。这个实验的思路就是一样利用表达式树的原理，
将输入的中缀表达式读取构建一棵二叉树，想要变成后缀表达式，其实就是将这颗二叉树后序遍历输出。

关键代码为：

   ExpressionTree operand1,operand2;char operator;String tempToken;Scanner parser = new Scanner(expression);while(parser.hasNext()){tempToken = parser.next();operator=tempToken.charAt(0);if ((operator == '+') || (operator == '-') || (operator=='*') ||(operator == '/')){if (ope.empty())ope.push(tempToken);//当储存符号的栈为空时，直接进栈else{String a =ope.peek()+"";if (((a.equals("+"))||(a.equals("-")))&&((operator=='*')||(operator=='/')))ope.push(tempToken);//当得到的符号的优先级大于栈顶元素时，直接进栈else {String s = String.valueOf(ope.pop());char temp = s.charAt(0);operand1 = getOperand(treeExpression);operand2 = getOperand(treeExpression);treeExpression.push(new ExpressionTree(new ExpressionTreeOp(1, temp, 0), operand2, operand1));ope.push(operator);}//当得到的符号的优先级小于栈顶元素或者优先级相同时时，数字栈出来两个运算数，形成新的树进栈}}elsetreeExpression.push(new ExpressionTree(new ExpressionTreeOp(2,' ',Integer.parseInt(tempToken)), null, null));}while(!ope.empty()){String a = String.valueOf(ope.pop());operator = a.charAt(0);operand1 = getOperand(treeExpression);operand2 = getOperand(treeExpression);treeExpression.push(new ExpressionTree(new ExpressionTreeOp(1, operator, 0), operand2, operand1));}return treeExpression.peek();}public String getTree(){return (treeExpression.peek()).printTree();}public int getResult(){return treeExpression.peek().evaluateTree();}public String PostOrder(){Iterator iterator =  treeExpression.peek().iteratorPostOrder();String result="";for (;iterator.hasNext();)result +=iterator.next()+" ";return result;}

实验二 树-5-二叉查找树

实验要求内容

完成PP11.3,对于二叉查找树的链表实现，请实现removeMax、findMin和findMax等操作。
提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息
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实验过程及结果

public T removeMin() throws EmptyCollectionException {T result = null;if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");else {//如果根元素没有左孩子，根就是最小的元素，根元素变为原根元素的右孩子if (root.left == null) {result = root.element;root = root.right;}//如果根有左孩子else {BinaryTreeNode<T> parent = root;BinaryTreeNode<T> current = root.left;while (current.left != null) {parent = current;current = current.left;}result =  current.element;parent.left = current.right;}modCount--;}return result;}public T removeMax() throws EmptyCollectionException {T result = null;if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");else{//如果没有右孩子if (root.right == null){result = root.element;root = root.left;}//如果有右孩子else{BinaryTreeNode<T> parent = root;BinaryTreeNode<T> current = root.right;while (current.right != null){parent = current;current = current.right;}result =  current.element;parent.right = current.left;}modCount--;}return result;}public T findMin() throws EmptyCollectionException {T result = null;if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");else{if (root.left == null){result = root.element;}else{BinaryTreeNode<T> parent = root;BinaryTreeNode<T> current = root.left;while (current.left != null){parent = current;current = current.left;}result =  current.element;}}return result;}public T findMax() throws EmptyCollectionException {T result = null;if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");else {if (root.right == null){result = root.element;}else{BinaryTreeNode<T> parent = root;BinaryTreeNode<T> current = root.right;while (current.right != null){parent = current;current = current.right;}result = current.element;}}return result;}

实验二 树-6-红黑树分析

实验要求内容

参考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/7483915.html对Java中的红黑树（TreeMap，HashMap）进行源码分析，并在实验报告中体现分析结果。
（C:\Program Files\Java\jdk-11.0.1\lib\src\java.base\java\util）

实验过程及结果

• 学习的资料：Java Collections API源码分析
  

• Java中红黑树的分析：

• TreeMap 是什么？

  TreeMap 是一个有序的key-value集合，它是通过红黑树实现的。
  TreeMap 继承于AbstractMap，所以它是一个Map，即一个key-value集合。
  
  TreeMap 实现了NavigableMap接口，意味着它支持一系列的导航方法。比如返回有序的key集合。
  TreeMap 实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
  TreeMap 实现了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。
  TreeMap基于红黑树（Red-Black tree）实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。
  TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。
  另外，TreeMap是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的。

这是大多数参考资料上给出的关于TreeMap的简介，但是里面还涉及到了很多的其他的有关概念，所以不太好理解,我也翻看了一些资料，在上面点击就可以查看。关于代码的理解可以看一下Java 集合系列12之 TreeMap详细介绍(源码解析)和使用示例

• Hashmap是什么？Java 集合系列10之 HashMap详细介绍(源码解析)和使用示例

  HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
  HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
  
  HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。
  HashMap 的实例有两个参数影响其性能：“初始容量” 和 “加载因子”。容量 是哈希表中桶的数量，初始容量 只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 rehash 操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
  通常，默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本（在大多数 HashMap 类的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操作。
  

• HashMap和TreeMap最本质的区别：

  HashMap通过hashcode方法对其内容进行快速查找，而 TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap，因为HashMap中元素的排列顺序是不固定的。

实验过程中遇到的问题和解决过程

• 问题一：在实验二—2中，想要用迭代的方式继续处理左右子树，但是估计是参数写错了，于是出现了这样的错误。
  

• 问题一的解决方案：形参的编写一定要仔细，不然就很可能得不到正确的结果。肉眼难以找出自己的思路错误，于是进行了代码调试。
  

• 问题二：在实验二 树-4-表达式树中写的方法最开始是对于“/”操作符的放入是有问题的，就像：
  

所以判断是下面这段代码放入操作符的时候出现了问题。

if (((ope.peek().equals("+"))||(ope.peek().equals("-")))&&((operator=='*')||(operator=='/')))ope.push(tempToken);

于是进行调试

• 问题二的解决方法：其实这个问题我之前一直都没有想明白，多亏了我机智聪明的队友，他又对代码进行了思考和调试，在他的指导下，我才发现错误的地方是

其他（感悟、思考等）

这次的实验有简单的也有困难的，发现自己有时候的思路真的挺奇葩的。对于第六个那种纯看文字学习的实验我有些转不动脑子，平常自学其实都用的是纸质课本，可以在上面勾勾画画，但看电脑我的思维就很容易跑偏，所以看了好几遍第六个实验，看来以后还是要多克服克服这种思维不集中的问题，提高一下学习的效率。还有要感谢一下队友的帮助，不然问题都还解决不了。

参考资料

• Java Collections API源码分析
• key-value集合
• AbstractMap
• NavigableMap接口