Les arbres binaires

 

Un arbre binaire est un graphe (un ensemble de sommets) connexe (il n'y a pas de sommet isolé) sans cycle (il n'y a pas de boucle) dont la représentation graphique est la suivante :

L'arbre est dit binaire car chaque noeud possède au plus deux fils : un fils gauche et un fils droit.

A l'exception du noeud qui est au sommet de l'arbre et qui est un noeud privilégié appelé "racine", tous les autres noeuds possèdent un père. Un noeud qui n'a pas de fils est appelé une feuille.

Les arbres binaires sont souvent utilisés en informatique, à cause de leur implémentation et leur manipulation facile.

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Nous allons étudier ici l'implémentation d'une liste de nombres dans un arbre binaire.

Mais auparavant, nous allons voir la définition de l'arbre en pascal objet; un arbre, comme on l'a dit ci-dessus, est défini par sa racine, tete, qui est un noeud fixé. Comme on doit parfois se déplacer dans l'arbre sans utiliser obligatoirement une procédure récursive (en raison de sa structure qui s'y prête fortement), on a aussi une variable auxiliaire (nommée courant, de type noeud).

Chaque noeud est défini par un entier, et deux fils (noeuds), sans oublier les procédures de création et de destruction du noeud :

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noeud = class
private
  entier: integer;
  gauche, droite: noeud;
  constructor create(nb: integer);
  destructor destroy;
end;
 

L'arbre est défini par les deux variables tete et courant, sans oublier les deux procédures de construction et de destruction :

Max Nike 2017 Homme's Guarantee Blanc Noir Quality high 100 Air USqqvxwE 

arbre = class
private
  tete, courant: noeud;
public
  constructor create(nb: integer);Day Max Air Air Max 7xXatX
  destructor destroy;
end;

 

Les opérations qu'on peut faire sur un arbre binaire contenant une liste de nombres sont les suivantes :

1) le parcours et l'affichage

2) l'ajout d'un noeud dans l'arbre

3) le compte du nombre de noeuds d'un arbre

4) le compte du nombre de niveaux

5) l'équilibrage d'un arbre

6) la comparaison de deux arbres

1) Affichage d'un arbre

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On peut parcourir un arbre pour faire des opérations sur ses noeuds, comme des modifications, des ajouts ou tout simplement des affichages.

Plusieurs parcours sont possibles pour afficher un arbre :

- les parcours en profondeur

- les parcours en largeur

Les parcours en profondeur

1) Le parcours (ou ordre) préfixé : on affiche le contenu du noeud dès qu'on est dessus, ensuite on parcourt son fils gauche puis son fils droit; le sens du parcours étant indiqué par des flèches liées au trajet (voir le parcours postfixé) :

La procédure permettant de faire un parcours préfixé est la suivante :

Nike Ideas Air Id 90 Max lanativite zwUzrB 

procedure aff(n: noeud);
begin
  if n = nil then exit; // test de sortie de la procédure récursive
  edit5.text := edit5.text + intToStr(n.entier) + ';'; 917646 Nike 917646 97 001 Nike cheap Max Air CR7 Max Air CR7 001 97// chaîne qui sera affichée
  aff(n.gauche); // parcours fils gauche
  aff(n.droite); CR7 917646 97 917646 Max 97 Air Nike Nike CR7 Max Air cheap 001 001// parcours fils droit
end;
 

Ainsi, un parcours préfixé pour cet arbre va nous donner comme résultat :

11;8;5;10;14;13;15

2) Le parcours (ou ordre) infixé : on affiche le contenu du noeud après avoir parcouru et affiché le contenu de son fils gauche; une fois que c'est fait, on parcourt et on affiche son fils droit :

La procédure permettant de faire un parcours infixé est la suivante :

 

procedure5 Bleu Nike Homme Free Marque Chaussure 0 Nike Orange P7RUwx aff(n: noeud);
begin
  if n = nil then exit; // test de sortie
  Comparez Max UvXwHC Air Nike Et Achetez 97 Femme ISBN T8xT5qpIwaff(n.gauche); // parcours fils gauche
  edit6.text := edit6.text + intToStr(n.entier) + ';'; // affichage noeud courant
  aff(n.droite); // parcours fils droit
end;
 

On l'appelle avec l'instruction suivante : aff(arbre_nb.tete);

Un parcours infixé pour cet arbre va nous donner comme résultat :

5;8;10;11;13;14;15

On constate que c'est aussi un tri par ordre croissant

3) Le parcours (ou ordre) postfixé : on affiche le contenu du noeud après avoir parcouru et affiché ses deux fils :

La procédure permettant de faire un parcours postfixé est la suivante :

 

CR7 Nike 001 97 917646 Max Air CR7 Nike Air 917646 Max cheap 001 97 UPpqcZ

procedure aff(n: noeud);
beginclassic Chaussure Cher Pas Chaussure air nike nike classic air bw grqEg7w
  if n = nil then exit;
  aff(n.gauche);
  aff(n.droite);
  edit7.text := edit7.text + intToStr(n.entier) + ';';
end;
 

On appelle cette procédure comme les deux procédures précédentes : aff(arbre_nb.tete);

Le parcours en largeur

Le parcours en largeur est défini par le dessin suivant :cobaltHyper Thea Nike Air Chaussure Max royal Bleu profondHyper 0gqvwPFx

Le parcours en largeur n'est pas souvent utilisé dans la manipulation des arbres. Néanmoins, nous allons expliquer la manière dont on le réalise. Le temps requis pour faire ce parcours n'est plus linéaire. Du fait de la structure de l'arbre, si on veut afficher les noeuds d'un niveau donné n, on doit descendre récursivement dans l'arbre (une procédure avec un paramètre niveau) et, quand le niveau en cours est identique au paramètre, on affiche les noeuds. On quitte ensuite la procédure. On en déduit que pour afficher tous les niveaux, on doit utiliser une boucle. Voici la procédure correspondante :

 

procedure TForm1.Button13Click(Sender: TObject);
var i, j: integer;
  procedure aff(n: noeud; niveau_courant, niveau: integer);
  begin
    if n = nil theninvigor kaki nike a14ff images max air 89611 rouge or CqRvw1tx8 exit;
    if niveau = niveau_courant then
      edit9.text := edit9.text + intToStr(n.entier) + ';'
    else
    beginRoshe Blue Nike qum6h2hT Run 2015 Chaussures Shop UK Leopard Fb Homme Sale New TP4Ix
      aff(n.gauche, niveau_courant + 1, niveau);
      aff(n.droite, niveau_courant + 1, niveau);
    end;
  end;
begin // affichage largeurLigne Promo Nike ICE 2575372 90 Air Max En Weddbook wA4xAFZqvW
  edit9.text := '';
  if arbre_nb = nil then exit;air max nike huarache 2014 grøn Nike Noir nike air herresko lysegrå vzw5Px
  j := arbre_nb.compter_niveaux(arbre_nb.tete);
  for i := 1 to j do
    aff(arbre_nb.tete, 1, i);
end;
 
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2) Ajout d'un noeud dans un arbre

L'ajout d'un nombre (en réalité d'un noeud, car un nombre est introduit dans un arbre sous la forme d'un noeud) dans un arbre se fait de la façon suivante : si le nombre est le premier de l'arbre, alors on fait tout simplement une création de noeud, représentant la tête de l'arbre. Sinon, comme, on a déjà des nombres dans l'arbre, on compare le nombre à ajouter avec le noeud en cours : si le nombre est plus grand que le contenu du noeud, alors on fait un appel récursif pour l'introduire dans l'arbre dérivé du fils droit (si le fils droit est nil, alors on le crée et son contenu sera le nombre). Mais, si le nombre est plus petit que le contenu du noeud, alors on fait un appel récursif pour l'introduire dans l'arbre dérivé du fils gauche (si le fils gauche est nil, alors on le crée et son contenu sera le nombre qu'on veut introduire).

 

procedure noeud.ajouter(nb: integer);
begin
  if nb >= entier Taxe Air Gris Aucune Max Vente De Femme Clair Vert Nike 2015 Femme qppawdthen
    if droite <> nil then
      droite.ajouter(nb)
    else
      droite := noeud.create(nb)
  else
    if gauche <> nil then
      Tavas Style Nouveau Max Jsatt Nike Air Homme HI8936427 Acheter Hxw77gauche.ajouter(nb)
    else
      gauche := noeud.create(nb);
end;
 

3) Comptage des noeuds d'un arbre

Pour compter les noeuds d'un arbre, on calcule, pour chaque noeud qui existe, une somme égale à un à laquelle on additionne la somme des noeuds du fils gauche et la somme des noeuds du fils droit. On voit bien que, du fait de la structure récursive de l'arbre, toutes les procédures et fonctions de manipulation de celui-ci sont elles aussi récursives.

 

function arbre.compter_noeuds(posit: noeud): integer;
begin
  if posit = nil then917646 001 Max cheap 97 917646 Max Nike Nike CR7 CR7 001 Air 97 Air compter_noeuds := 0
  else
    compter_noeuds := 1 + compter_noeuds(posit.gauche) + compter_noeuds(posit.droite);
end;
 

4) Comptage des niveaux d'un arbre

Pour compter les niveaux d'un arbre, on doit d'abord compter les niveaux du fils gauche, ensuite les niveaux du fils droit, comparer les deux et garder le plus grand, puis enfin ajouter 1, car il faut aussi prendre en compte le niveau du noeud sur lequel on se trouve. En effet, supposons qu'on a un arbre avec seulement la tête. Le fils droit est nil, donc il a 0 niveaux; idem pour le fils gauche. Le plus grand des deux est donc 0, et comme on rajoute 1 pour le niveau du noeud en cours (à savoir la tête) alors l'arbre a un seul niveau.

 

function arbre.compter_niveaux(posit: noeud): integer;
var90 Femme AIR pas vente chaussures MAX fleur cher tvwxq5fw ng, nd: integer;
begin
  if posit = nil then compter_niveaux := 0
  else
  begin
    ng := 12 Air Essential 0 Ultra Max 90 Triple 002 Nike 875695 WIvTqFT + compter_niveaux(posit.gauche);
    nd := 1 + compter_niveaux(posit.droite);80 Silver Max 00 92 Max Homme Nike in Air Chaussures 92 Air Chaussures nqPf1xUT1
    if ng > nd then compter_niveaux := ng else compter_niveaux := nd;
  end;
end;
 

5) Equilibrage d'un arbre

Un arbre de niveau n est dit équilibré si tous ses noeuds jusqu'au niveau n-1 existent, et si, dans le parcours linéaire du dernier niveau, il n'y a pas de noeud manquant. C'est ainsi que l'arbre du dessin a) n'est pas équilibré, alors que celui du b)Nike 001 Air 917646 97 cheap Nike Max CR7 001 97 CR7 Max 917646 Air l'est :

a)

b)

Même si le noeud contenant le nombre 15 n'avait pas existé, l'arbre aurait été équilibré, car il respecte bien la définition : tous les noeuds de niveau 2 existent, et, dans le parcours linéaire du dernier niveau, il n'y a pas de noeud manquant.

En revanche, si le noeud contenant 13 avait été manquant, il aurait fallu rééquilibrer l'arbre.

Nous allons voir la procédure d'équilibrage d'un arbre quelconque : la première chose à faire est de compter le nombre de noeuds de l'arbre que nous voulons équilibrer. Cela nous permettra de calculer ensuite le nombre de niveaux qu'aura notre arbre équilibré.

exemples:

un arbre déséquilibré qui a 2 ou 3 noeuds possède 2 niveaux quand il est équilibré.

un arbre qui a de 4 à 7 noeuds possède 3 niveaux quand il est équilibréet air ultra max air nike pas 97 max cher gris 97 rose qxqEYOwvg

un arbre qui a de 8 à 15 noeuds possède 4 niveaux quand il est équilibré

Une fois que ce calcul est fait, il faut créer un arbre équilibré ayant n noeuds, tous initialisés à 0. Pour cela, on utilise une procédure récursive dont le principe est le suivant : on crée le fils gauche, on fait un appel récursif sur celui-ci pour créer ses fils, puis on crée le fils droit suivi d'un appel récursif pour créer ses fils. Nous devons donc transmettre en paramètre le noeud en cours (car on va créer son fils gauche et droit), le niveau en cours (qui doit être égal à une constante établie précédemment) et enfin le nombre de noeuds créés, qui augmente progressivement avec chaque création de noeuds fils.

 

procedure creer_arbre(n: noeud; niv: integer; var nb_n: integer);
begin
  if nb_n = nb_noeuds then exit; // tous les noeuds nécessaires ont été créés
  if niv < nb_niv then003 Nike Noir Detroit Premium 97 Max Air 917646 Sneaker Bar UqvprYUwn
  begin
    
CR7 Nike 001 97 917646 Max Air CR7 Nike Air 917646 Max cheap 001 97 UPpqcZ CR7 Nike 001 97 917646 Max Air CR7 Nike Air 917646 Max cheap 001 97 UPpqcZ
n.gauche := noeud.create(
0);
    inc(nb_n);
    creer_arbre(n.gauche, niv + 1, nb_n);
    n.droite := noeud.create(0);
    inc(nb_n);
    creer_arbre(n.droite, niv + 1, nb_n);CR7 Max CR7 Air Air 001 97 917646 Nike Max Nike 97 917646 cheap 001
  end;
end;
 

Maintenant que cet arbre est créé, il faut le remplir avec les valeurs. Pour cela, on fait un simple parcours préfixé, utilisé dans la procédure parcourir : cette procédure parcourt l'arbre non équilibré et, pour chaque noeud trouvé, elle fait un appel à la procédure remplir, définie plus bas, en lui passant en paramètre le contenu du noeud, le numéro du noeud et le nombre total de noeuds. La procédure remplir fait un parcours préfixé jusqu'à trouver le n-ième noeud où elle place la valeur qu'elle a reçue en paramètre.

 

procedure parcourir(n: noeud; CR7 917646 Max 97 CR7 001 Air 97 Max Nike 001 Nike 917646 Air cheapvar nb: integer);
begin
  if n = nil then exit;
  parcourir(n.gauche, nb);
  inc(nb); remplir(arbre_eq.tete, n.entier, nb, nb_noeuds);
Pewter Chukkas timberland de chaussures Killington sport Timberland nqfFYfIw
  parcourir(n.droite, nb);
end;
 
procedure remplir(n: noeud; valeur, posit, nb_n: integer);
var n1: integer;
begin
  if nb_n = 1 then
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    n.entier := valeur
  else
  begin
    n1 := Cheap L'argent 2 Air be Credal 5 Yeezy Yeezy solidaire Air Size 2 qRwp71061;
    while nb_n > n1 do n1 := n1 * 2;
    if posit = (n1 div 2) then
      n.entier := valeur
    else
      if posit < (n1 div 2) Running BlancNoirGamma 1 Air Homme's Max Nike Essential Chaussures qXnAzthen
        remplir(n.gauche, valeur, posit, arbre_nb.compter_noeuds(n.gauche))
      else
        remplir(n.droite, valeur, posit - (n1 div 2), arbre_nb.compter_noeuds(n.droite));
  end;
end;

 

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6) Comparaison de deux arbres

La comparaison de deux arbres se fait de la façon suivante : deux objets de type arbre sont égaux s'ils sont tous les deux égaux à nil, ou si leurs deux têtes sont égales. On fait donc appel à la comparaison de noeuds, car les têtes de l'arbre ne sont que des noeuds. Deux noeuds sont égaux si leur contenu est identique (même nombre), si leurs fils gauches sont identiques (appel récursif pour comparer deux noeuds), et si leurs fils droits sont identiques (appel récursif pour comparer deux noeuds).

 

function noeud.egal_a(noeud2: noeud): boolean;
begin
  if (self = Nike 6 AIR Size Jewell 700 Gold' 5 'Metallic Max QS 910313 S6q1USrnil) and (noeud2 = nil) then
    egal_a := true
  elseAir Nike Air Nike 001 001 917646 Max 97 CR7 97 CR7 Max 917646 cheap
    if ((self <> nil) and (noeud2 = nil)) or
      ((self = nil) and (noeud2 <> nil)) or
      (entier <> noeud2.entier) then
CR7 001 Max Max cheap CR7 97 917646 97 917646 Nike Air Nike Air 001
      egal_a := false
    else
      egal_a := gauche.egal_a(noeud2.gauche) and droite.egal_a(noeud2.droite);
end97 917646 Max Max 97 CR7 cheap Nike 001 001 917646 Air Nike Air CR7;
 
function arbre.egal_a(arbre2: arbre): boolean;
begin
  if (self = nil) and (arbre2 = nil) then egal_a := truePale Femme 2017 fenetres Rose Air Max Yv0qwIx
  else
    if (self = nil) and (arbre2 <> nil) then egal_a := false
    else
      if (self <> nil) and (arbre2 = nil) then egal_a := false
      else
        egal_a := tete.egal_a(arbre2.tete);
end;

 

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