Tree (ทรี)
ทรี หรือโครงสร้างข้อมูลแบบต้นไม้ ประกอบด้วยโหนด (node) ซึ่งเป็นส่วนที่เก็บข้อมูล ในทรีหนึ่งทรีจะประกอบไปด้วยรูทโหนด (root node) เพียงหนึ่งโหนด แล้วรูทโหนดสามารถแตกโหนดออกเป็นโหนดย่อยๆ ได้อีกหลายโหนดเรียกว่าโหนดลูก (Child node) เมื่อมีโหนดลูกแล้ว โหนดลูกก็ยังสามารถแสดงเป็นโหนดพ่อแม่ (Parent Node) โดยการแตกโหนดออกเป็นโหนดย่อยๆได้อีก โหนดที่มีโหนดแม่เป็นโหนดเดียวกันเรียกว่า โหนดพี่น้อง (Siblings) โหนดที่ไม่มีโหนดลูกเรียกว่า โหนดใบ (Leave Node) เส้นเชื่อมแสดงความสัมพันธ์ระหว่างโหนดเรียกว่า กิ่ง (Beanch) คือ โหนดที่ไม่ใช่ Leaf Node
นิยามของทรี
1. นิยามทรีด้วยนิยามของกราฟ
ทรี คือ กราฟที่ต่อเนื่องโดยไม่มีวงจรปิด (loop) ในโครงสร้าง โหนดสองโหนดใดๆ ในทรีต้องมีทางติดต่อกัน ทางเดียวกันนั้น และทรีที่มี N โหนด ต้องมีกิ่งทั้งหมด N -1เส้น
การเขียนรูปแบบทรี อาจเขียนได้ 4 แบบ คือ
1. แบบที่มีรากอยู่ด้านบน
2. แบบที่มีรากอยู่ด้านล่าง
3. แบบที่มีรากอยู่ด้านซ้าย
4. แบบที่มีรากอยู่ด้านขวา
2. นิยามทรีด้วยรูปแบบเคอร์ซีฟ คือ การเรียกตัวเองมาใช้ โหนด โดยที่ถ้าว่าง ไม่มีโหนดใดๆ เรียกว่า นัลทรี (Null Tree) และถ้ามีโหนดหนึ่งเป็นโหนดราก ส่วนที่เหลือจะแบ่งเป็นทรีย่อย (Sub Tree)
T1,T2,T3,....,Tk โดยที่ k>=0 และทรีย่อยต้องมีคุณสมบัติเป็นทรี
นิยามที่เกี่ยวข้องกับทรี
1. ฟอร์เรสต์ (Forest) ป่า หมายถึง กลุ่มของทรีที่เกิดจากการเอาโหนดรากของทรีออก หรือ เซตของทรีที่แยกจากกัน (Disjoint Trees)
2. ทรีที่มีแบบแผน (ordered Tree) ทรีแบบลำดับ หมายถึง ทรีที่โหนดต่างๆ ในทรีนั้นมีความสัมพันธ์ที่แน่นอน เช่น ปทางขวา ไปทางซ้าย เป็นต้น
3. ทรีคล้าย (similar Tree) คือ ทรีที่มีโครงสร้างเหมือนกัน หรือทรีที่มีรูปร่างของทรีเหมือนกัน โดยไม่คำนึงถึงข้อมูลที่อยู่ในแต่ละโหนด
4. ทรีเหมือน (Equivalent Tree) คือทรีที่เหมือนกันโดยสมบูณ์ โดยต้องเป็นทรีที่คล้ายกันและแต่ละโหนดในตำแหน่งเดียวกันมีข้อมูลเหมือนกัน
5. กำลัง (Degree) หมายถึงจำนวนย่อยของโหนด นั้นๆ
6. ระดับของโหนด (Level of Node) คือระยะทางในแนวดิ่งของโหนดนั้นๆ ที่อยู่ห่างจากโหนดราก เมื่อกำหนดให้โหนดรากของทรีนั้นอยู่ระดับ 1 และกิ่งแต่ละกิ่งมีความเท่ากันหมด คือ ยาวเท่ากับ 1 หน่วย ซึ่งระดับของโหนดจะเท่ากับจำนวนกิ่งที่น้อยที่สุดและจำนวนเส้นทางตามแนวดิ่งของโหนดใดๆ ซึ่งห่างจากโหนดราก เรียกว่า ความสุง( Height) หรือความลึก (Depth)
การแทนที่ทรีในหน่วยความจำหลัก
การแทนที่โครงสร้างข้อมูลแบบทรีในความจำหลัก จะมีพอยเตอร์เชื่อมโยงจากโหนดแม่ไปยังโหนดลูก แต่ละโหนดต้องมีลิงค์ฟิลด์เพื่อเก็บที่อยู่ของโหนดลูกต่าง ๆ นั่นคือ จำนวนลิงค์ฟิลด์ของแต่ละโหนดขึ้นอยู่กับจำนวนของโหนดลูก การแทนที่ทรี ซึ่งแต่ละโหนดมีจำนวนลิงค์ฟิลด์ไม่เท่ากัน ทำให้ยากต่อการปฏิบัติการ วิธีการแทนที่ที่ง่ายที่สุด คือ ทำให้แต่ละโหนดมีจำนวนลิงค์ฟิลด์เท่ากัน โดยอาจใช้วิธีการต่อไปนี้
1. แต่ละโหนดเก็บพอยเตอร์ชี้ไปยังโหนดลูกทุกโหนด
2. แทนทรีด้วยไบนารีทรี เป็นวิธีแก้ปัญหาเพื่อลดการ สิ้นเปลืองเนื้อที่ในหน่วยความจำ
ไบนารีทรีที่ทุก ๆ โหนดมีทรีย่อยทางซ้ายและทรีย่อยทางขวา ยกเว้นโหนดใบและโหนดใบทุกโหนดจะต้องอยู่ที่ระดับเดียวกันเรียกว่า ไบนารีทรีแบบสมบูรณ์ (complete binary tree) สามารถคำนวณจำนวนโหนดทั้งหมดในไบนารีทรีแบบสมบูรณ์ได้ ถ้ากำหนดให้ L คือระดับของโหนดใด ๆ และ N คือจำนวนโหนดทั้งหมดในทรีจะได้ว่า
ระดับ 1 มีจำนวนโหนด 1 โหนด
ระดับ 2 มีจำนวนโหนด 3 โหนด
ระดับ 3 มีจำนวนโหนด 7 โหนด
ระดับ 4 มีจำนวนโหนด 15 โหนด
ระดับ L มีจำนวนโหนด 2L – 1 โหนด
นั่นคือ จำนวนโหนดทั้งหมดในทรีสมบูรณ์ที่มี L ระดับสามารถคำนวณได้จากสูตรดังนี้
การแปลงทรีทั่วไปให้เป็นไบนารีทรี
ขั้นตอนการแปลงทรีทั่วๆ ไปให้เป็นไบนารีทรี มีลำดับขั้นตอนการแปลงดังต่อไปนี้
1. ให้โหนดแม่ชี้ไปยังโหนดลูกคนโต แล้วลบความสัมพันธ์ระหว่างโหนดแม่และโหนดลูกอื่น ๆ
2. ให้เชื่อมความสัมพันธ์ระหว่างโหนดพี่น้อง
3. จับให้ทรีย่อยทางขวาเอียงลงมา 45 องศา
การท่องไปในทรี
การท่องไปในไบนารีทรี (Traversing Binary Tree) คือ การเข้าไปเยือนทุก ๆ โหนดในทรี วิธีการท่องเข้าไปต้องเป็นไปอย่างมีระบบแบบแผน สามารถเยือนโหนดทุก ๆ โหนด ๆ ละหนึ่งครั้ง วิธีการท่องไปนั้นมีด้วยกันหลายแบบ โหนดที่ถูกเยือนอาจเป็นโหนดแม่ (แทนด้วย N)ทรีย่อยทางซ้าย (แทนด้วย L) หรือทรีย่อยทางขวา (แทนด้วย R) วิธีการท่องเข้าไปในทรีมี 6 วิธี คือ NLR LNR LRN NRL RNL และ RLN แต่วิธีการท่องเข้าไปในทรีที่นิยมใช้กันมากเป็นการท่องจากซ้ายไปขวา 3 แบบแรก คือ NLR LNR และ LRN ซึ่งลักษณะการนิยามเป็นนิยามแบบ รีเคอร์ซีฟ (Recursive) ขั้นตอนการท่องไปในแต่ละแบบมีดังนี้
1. การท่องไปแบบพรีออร์เดอร์ (Preorder Traversal) เป็นการเดินเข้าไปเยือนโหนดต่าง ๆ ในทรีด้วยวิธี NLR
2. การท่องไปแบบอินออร์เดอร์ (Inorder Traversal) เป็นการเดินเข้าไปเยือนโหนดต่าง ๆ ในทรีด้วยวิธี LNR 3. การท่องไปแบบโพสออร์เดอร์ (Postorder Traversal) เป็นการเดินเข้าไปเยือนโหนดต่าง ๆ ในทรีด้วยวิธี LRN
เอ็กซ์เพรสชันทรี
เป็นการนำเอาโครงสร้างทรีไปใช้เก็บนิพจน์ทางคณิตศาสตร์โดยเป็นไบนารีทรี ซึ่งแต่ละโหนดเก็บตัวดำเนินการ (Operator) และและตัวถูกดำเนินการ (Operand) ของนิพจน์คณิตศาสตร์นั้น ๆ ไว้ หรืออาจจะเก็บค่านิพจน์ทางตรรกะ (Logical Expression) นิพจน์เหล่านี้เมื่อแทนในทรีต้องคำนึงลำดับขั้นตอนในการคำนวณตามความสำคัญของเครื่องหมายด้วย โดยมีความสำคัญตามลำดับดังนี้
1. ฟังก์ชัน
2. วงเล็บ
3. ยกกำลัง
4. ครื่องหมายหน้าเลขจำนวน (unary)
5. คูณ หรือ หาร
6. บวก หรือ ลบ
7. ถ้ามีเครื่องหมายที่ระดับเดียวกันให้ทำจากซ้ายไปขวา
การแทนนิพจน์ในเอ็กซ์เพรสชันทรี ตัวถูกดำเนินการจะเก็บอยู่ที่โหนดใบ ส่วนตัวดำเนินการจะเก็บในโหนดกิ่ง หรือโหนดที่ไม่ใช่โหนดใบ เช่น นิพจน์ A + B
ไบนารีเซิร์ชทรี (Binary Search Tree)
เป็นไบนารีทรีที่มีคุณสมบัติที่ว่าทุก ๆ โหนดในทรี ค่าของโหนดรากมีค่ามากกว่าค่าของทุกโหนดในทรีย่อยทางซ้าย และมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับค่าของทุกโหนดในทรีย่อยทางขวา และในแต่ละทรีย่อยก็มีคุณสมบัติเช่นเดียวกัน ค่าข้อมูลในทรีย่อยทางซ้าย < ค่าข้อมูลที่โหนดราก < ค่าข้อมูลในทรีย่อยทางขวา ปฏิบัติการในไบนารีเซิร์ชทรี เพิ่มโหนดเข้าหรือดึงโหนดออกจากไบนารีเซิร์ชทรี ค่อนข้างยุ่งยาก เนื่องจากหลังปฏิบัติการเสร็จเรียบร้อยแล้ว ต้องคำนึงถึงความเป็นไบนารีเซิร์ชทรีทรีนั้นด้วย ซึ่งมีปฏิบัติการดังต่อไปนี้
1. การเพิ่มโหนดในไบนารีเซิร์ชทรี
2. การดึงโหนดในไบนารีเซิร์ชทรี
ขั้นตอนวิธีดึงโหนดออกอาจแยกพิจารณาได้ 3 กรณีดังต่อไปนี้
ก. กรณีโหนดที่จะดึงออกเป็นโหนดใบ
ข. กรณีโหนดที่ดึงออกมีเฉพาะทรีย่อยทางซ้ายหรือทรีย่อยทางขวาเพียงด้านใดด้านหนึ่ง
ค. กรณีโหนดที่ดึงออกมีทั้งทรีย่อยทางซ้ายและทรีย่อยทางขวา
- ถ้าโหนดที่มาแทนที่เป็นโหนดที่เลือกจากทรีย่อยทางซ้าย ต้องเลือกโหนดที่มีค่ามากที่สุดในทรีย่อยทางซ้ายนั้น
- ถ้าโหนดที่จะมาแทนที่เป็นโหนดที่เลือกมาจากทรีย่อยทางขวา ต้องเลือกโหนดที่มีค่าน้อยที่สุดในทรีย่อยทางขวานั้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น