Swift, Data Structure, Binary Trees

이진트리를 구현해보자

Posted by MinJun on Sunday, June 24, 2018 Tags: DataStructure Algorithm Swift   8 minute read

Contents

  • Outline of Binary Tree
  • Types and Kinds
  • Implementation
    • Building a diagram
  • Traversal Algorithms
    • In-order traversal
    • Pre-order traversal
    • Post-order traversal
  • Reference

Outline of Binary Tree

이진 트리(Binary Tree)는 각 노드가 두개의 자식 노드를 가질수 있습니다. 그리고 그것들을 left, right 자식 처럼 참조합니다.


이진 트리는 많은 트리 구조와 알고리즘에 기초 역할을 합니다.


types and kinds

  • Full binary tree: 트리 내의 특정 노드 N이 있을 때, N은 0개 혹은 2개의 자식 노드를 지닙니다.(1개의 자식 노드를 지니는 경우는 없습니다.
  • Perfect binary tree: 모든 내부 노드는 두 개의 자식 노드를 지니며, 모든 잎은 동일한 깊이를 지닙니다.
  • Complete binary tree: 마지막 레벨을 제외한 모든 레벨이 노드로 완전하게 찬 상태입니다. 트리의 좌측 방향으로 뻗어나간 마지막 레벨은 완전하게 채워질 수 없습니다.
  • Balanced binary tree: 잎 노드까지 이어지기 위한 최소한의 높이만을 지닙니다.




Implementation

// helper 
public func example(of description: String, action: () -> Void) {
    print("---Example of \(description)---")
    action()
    print()
}

// 1
public class BinaryNode<Element> {
    public var value: Element
    public var leftChild: BinaryNode?
    public var rightChild: BinaryNode?

    public init(value: Element) {
        self.value = value
    }
}

// 2
var tree: BinaryNode<Int> {
    let zero = BinaryNode(value: 0)
    let one = BinaryNode(value: 1)
    let five = BinaryNode(value: 5)
    let seven = BinaryNode(value: 7)
    let eight = BinaryNode(value: 8)
    let nine = BinaryNode(value: 9)
    seven.leftChild = one
    one.leftChild = zero
    one.rightChild = five
    seven.rightChild = nine
    nine.leftChild = eight
    return seven
}

위의 연산 프로퍼티는 아래의 트리를 구조를 반환합니다.


Building a diagram

어떤 경우에는 실제 구조를 눈으로 보는게 유용할수 있습니다. 아래 알고리즘은 Károly Lőrentey에 의해서 구현 되었습니다.

// 1
extension BinaryNode: CustomStringConvertible {
    public var description: String {
        return diagram(for: self)
    }
    
    private func diagram(for node: BinaryNode?,
                         _ top: String = "",
                         _ root: String = "",
                         _ bottom: String = "") -> String {
        guard let node = node else {
            return root + "nil\n"
        }
        if node.leftChild == nil && node.rightChild == nil {
            return root + "\(node.value)\n"
        }
        return diagram(for: node.rightChild, top + " ", top + "┌──", top + "│ ")
            + root + "\(node.value)\n"
            + diagram(for: node.leftChild, bottom + "│ ", bottom + "└──", bottom + " ")
    }
}
}

// 2
example(of: "tree diagram") {
  print(tree)
}

// 3
---Example of tree diagram---
 ┌──nil
┌──9
 └──8
7
 ┌──5
└──1
 └──0

Traversal Algorithms

이진 트리에 대한 전위 순회(Pre-order traversal), 중위 순회(In-order traversal) 및 후위 순회(post-order traversal)의 세 가지 탐색 알고리즘을 살펴 보겠습니다.

In-order traversal

  • 현재 노드가 왼쪽 자식이 있다면 재귀적으로 자식 노드를 먼저 방문합니다.
  • 그후 자식노드 그 자신을 방문합니다
  • 현재 노드가 오른쪽 자식을 가졌다면 재귀적으로 그 자식노드를 방문합니다.
  • 좌측 값 -> 루트 노드 값 -> 우측 값


// 1
public func traverseInOrder(visit: (Element) -> Void) {
        leftChild?.traverseInOrder(visit: visit)
        visit(value)
        rightChild?.traverseInOrder(visit: visit)
    }

// 2
example(of: "in-order traversal") {
  tree.traverseInOrder { print($0) }
}

// 3
---Example of in-order traversal---
0
1
5
7 
8 
9

Pre-order traversal

전위 순회는 항상 현재의 노드를 먼저 방문하고 왼쪽과 오른쪽 자식을 재귀적으로 방문합니다.


// 1
public func traversePreOrder(visit: (Element) -> Void) {
  visit(value)
  leftChild?.traversePreOrder(visit: visit)
  rightChild?.traversePreOrder(visit: visit)
}

// 2
example(of: "pre-order traversal") {
  tree.traversePreOrder { print($0) }
}

// 3
---Example of pre-order traversal---
7
1
0
5 
9 
8

Post-order traversal

후위 순회는 왼쪽과 오른쪽 자식 노드가 모두 재귀적으로 방문된 이후에 현재 노드를 방문합니다.


// 1
public func traversePostOrder(visit: (Element) -> Void) {
  leftChild?.traversePostOrder(visit: visit)
  rightChild?.traversePostOrder(visit: visit)
  visit(value)
}

// 2
example(of: "post-order traversal") {
  tree.traversePostOrder { print($0) }
}

// 3
---Example of post-order traversal---
0
5
1
8 
9 
7

전체 코드 주소


Reference

swift-algorithm-club/Binary Tree/
Data Structures and Algorithms in Swift