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离散数学:树的应用与前缀码

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:,ωt的二叉树中,带权最小的二叉树称为最优二叉树.定理9.32设T为带权ω1≤ω2≤…,βm}为一个符号串集合,若对任意的βi,βj∈B,i≠j,βi和βj互不为前缀,称B为前缀码.若βi中只出现2个符号,则称B为2元前缀码.定理9.34任何一棵二叉树的树叶对应一个前缀码.任何一个前缀码对应一棵二叉树.

离散数学:树的应用与前缀码

树:连通无回路的无向图称为无向树,简称树,常用T表示.在树中,悬挂结点称为树叶,度数大于1的结点称为分支点或内结点,悬挂边称为叶边.连通分支数大于1,且每个连通分支都是树的无向图称为森林.

定理9.28 设T=<V,E>是n阶m条边的无向图,则下面命题等价:

(1)T是树.

(2)T无回路且m=n-1.

(3)T连通且m=n-1.

(4)T是连通的,且T的每条边都是割边.

(5)T无回路,但任意增加一条边产生唯一一条回路.

(6)T中每对结点间恰有一条路.

定理9.29 若T=<V,E>是树,且|V|≥2,则T中至少存在两片树叶.

生成树、弦:若T是连通无向图G的生成子图且是树,则称T是G的生成树.G在T中的边称为T的树枝,G不在T中的边称为T的弦.

定理9.30 无向图G=<V,E>有生成树当且仅当G是连通的.

定理9.31 若T是连通图G的任意生成树,则G的每个边割集和T至少有一条公共边.

生成树的权、最小生成树:设连通无向带权图G=<V,E,W>,T是G的一棵生成树,T的各边带权之和称为T的权,记为ω(T).G的所有生成树中带权最小的生成树称为最小生成树.

Kruskal算法

(1)在G中选取最小权边e1,并置边数i=1.

(2)当i=n-1时结束,否则转向(3).

(3)设已选择的边为e1,e2,…,ei,在G中选取不同于e1,e2,…,ei的边ei+1,使得ei+1是满足与e1,e2,…,ei不构成回路且权值最小的边.

(4)置i为i+1,转向(2).

Prim算法:

(1)在G中任意选取一结点v1,并置U={v1},置最小生成树的边集TE={}.

(2)在所有u∈U,v∈V-U的边[u,v]∈E中,选取权值最小的边[u,v],将[u,v]并入TE,同时将v并入U.

(3)重复(2)直到U=V为止.

根树:给定一个有向树,若只有一结点入度为0,其余结点入度都为1,称其为根树.入度为0的结点称为树根,入度为1出度为0的结点称为树叶;入度为1出度大于0的结点称为内结点.内结点和树根通称为分支点.从树根到其某个结点的路径长度,称该结点的级或层次,其最大者称为有向树的树高.(www.xing528.com)

有序树:将根树每一级上的结点规定次序,这样的根树称为有序树.

m叉树:T为一棵根树,若T的每一分支结点至多m个儿子,称T为m叉树.若T的每一分支结点恰有m个儿子,称T为完全m叉树.若所有叶结点级相同,称T为正则m叉树.

树转化为二叉树的方法:

(1)从根开始,保留每个父亲同其左边孩子的连线,撤销与别的儿子的连线.

(2)兄弟间用从左到右的有向边连接.

(3)选定二叉树的左儿子和右儿子如下:直接处于给定结点下面的结点作为左儿子,对于同一水平线上与给定结点右邻的结点,作为右儿子,依次类推.

先序遍历法:访问树根、先序遍历左子树、先序遍历右子树.

中序遍历法:中序遍历左子树、访问树根、中序遍历右子树.

后序遍历法:后序遍历左子树、后序遍历右子树、访问根树.

最优二叉树:设二叉树T有t片树叶,分别带权ω1,ω2,…,ωt,称ω(T)=为T的权,其中L(ωi)为从根结点到带权ωi的树叶的通路长度.在所有带权ω1,ω2,…,ωt的二叉树中,带权最小的二叉树称为最优二叉树.

定理9.32 设T为带权ω1≤ω2≤…≤ωt的最优二叉树,则

(1)带权ω1,ω2的树叶v1,v2是兄弟.

(2)以树叶v1,v2为儿子的分支点,其通路长度最长.

定理9.33 设T为带权ω1≤ω2≤…≤ωt的最优树,若将以带权ω1和ω2的树叶为儿子的分支点改为带权ω12的树叶,得到一棵新树T′,则T′也是最优树.

Huffman算法:

给定实数ω1,ω2,…,ωt且ω1≤ω2≤…≤ωt,则按下列步骤求最优二叉树:

(1)连接ω1,ω2为权的两片树叶,得一分支点,其权为ω12.

(2)在ω12,…,ωt中选两个最小的权,连接它们对应的结点(不一定都是树叶),得分支点及所带的权.

(3)重复(2)直到形成t-1个分支点,t片树叶为止.

前缀码:设β=α1α2…αn是长度是n的符号串,称其子串α1,α1α2,…,α1α2…αn-1分别为β的长度为1,2,…,n-1的前缀.设B={β1,β2,…,βm}为一个符号串集合,若对任意的βi,βj∈B,i≠j,βi和βj互不为前缀,称B为前缀码.若βi中只出现2个符号(如0、1),则称B为2元前缀码.

定理9.34 任何一棵二叉树的树叶对应一个前缀码.任何一个前缀码对应一棵二叉树.

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