Come implementare un albero binario?

Qual è la migliore struttura dati che può essere utilizzata per implementare un albero binario in Python?

Ecco la mia semplice implementazione ricorsiva dell'albero di ricerca binario.

#!/usr/bin/python

class Node:
    def __init__(self, val):
        self.l = None
        self.r = None
        self.v = val

class Tree:
    def __init__(self):
        self.root = None

    def getRoot(self):
        return self.root

    def add(self, val):
        if self.root is None:
            self.root = Node(val)
        else:
            self._add(val, self.root)

    def _add(self, val, node):
        if val < node.v:
            if node.l is not None:
                self._add(val, node.l)
            else:
                node.l = Node(val)
        else:
            if node.r is not None:
                self._add(val, node.r)
            else:
                node.r = Node(val)

    def find(self, val):
        if self.root is not None:
            return self._find(val, self.root)
        else:
            return None

    def _find(self, val, node):
        if val == node.v:
            return node
        elif (val < node.v and node.l is not None):
            self._find(val, node.l)
        elif (val > node.v and node.r is not None):
            self._find(val, node.r)

    def deleteTree(self):
        # garbage collector will do this for us. 
        self.root = None

    def printTree(self):
        if self.root is not None:
            self._printTree(self.root)

    def _printTree(self, node):
        if node is not None:
            self._printTree(node.l)
            print(str(node.v) + ' ')
            self._printTree(node.r)

#     3
# 0     4
#   2      8
tree = Tree()
tree.add(3)
tree.add(4)
tree.add(0)
tree.add(8)
tree.add(2)
tree.printTree()
print(tree.find(3).v)
print(tree.find(10))
tree.deleteTree()
tree.printTree()

# simple binary tree
# in this implementation, a node is inserted between an existing node and the root


class BinaryTree():

    def __init__(self,rootid):
      self.left = None
      self.right = None
      self.rootid = rootid

    def getLeftChild(self):
        return self.left
    def getRightChild(self):
        return self.right
    def setNodeValue(self,value):
        self.rootid = value
    def getNodeValue(self):
        return self.rootid

    def insertRight(self,newNode):
        if self.right == None:
            self.right = BinaryTree(newNode)
        else:
            tree = BinaryTree(newNode)
            tree.right = self.right
            self.right = tree

    def insertLeft(self,newNode):
        if self.left == None:
            self.left = BinaryTree(newNode)
        else:
            tree = BinaryTree(newNode)
            tree.left = self.left
            self.left = tree


def printTree(tree):
        if tree != None:
            printTree(tree.getLeftChild())
            print(tree.getNodeValue())
            printTree(tree.getRightChild())



# test tree

def testTree():
    myTree = BinaryTree("Maud")
    myTree.insertLeft("Bob")
    myTree.insertRight("Tony")
    myTree.insertRight("Steven")
    printTree(myTree)

Per saperne di più qui: -Questa è un'implementazione molto semplice di un albero binario.

Questo è un bel tutorial con domande intermedie

[Cosa ti serve per le interviste] Una classe Node è la struttura dati sufficiente per rappresentare un albero binario.

(Mentre altre risposte sono per lo più corrette, non sono richieste per un albero binario: non è necessario estendere la classe di oggetti, non è necessario essere un BST, non è necessario importare deque).

class Node:

    def __init__(self, value = None):
        self.left  = None
        self.right = None
        self.value = value

Ecco un esempio di albero:

n1 = Node(1)
n2 = Node(2)
n3 = Node(3)
n1.left  = n2
n1.right = n3

In questo esempio n1 è la radice dell'albero avente n2, n3 come suoi figli.

Semplice implementazione di BST in Python

class TreeNode:
    def __init__(self, value):
        self.left = None
        self.right = None
        self.data = value

class Tree:
    def __init__(self):
        self.root = None

    def addNode(self, node, value):
        if(node==None):
            self.root = TreeNode(value)
        else:
            if(value<node.data):
                if(node.left==None):
                    node.left = TreeNode(value)
                else:
                    self.addNode(node.left, value)
            else:
                if(node.right==None):
                    node.right = TreeNode(value)
                else:
                    self.addNode(node.right, value)

    def printInorder(self, node):
        if(node!=None):
            self.printInorder(node.left)
            print(node.data)
            self.printInorder(node.right)

def main():
    testTree = Tree()
    testTree.addNode(testTree.root, 200)
    testTree.addNode(testTree.root, 300)
    testTree.addNode(testTree.root, 100)
    testTree.addNode(testTree.root, 30)
    testTree.printInorder(testTree.root)

Un modo molto veloce e sporco di implementare un albero binario usando le liste. Non è il più efficiente, né gestisce troppo bene i valori nulli. Ma è molto trasparente (almeno per me):

def _add(node, v):
    new = [v, [], []]
    if node:
        left, right = node[1:]
        if not left:
            left.extend(new)
        elif not right:
            right.extend(new)
        else:
            _add(left, v)
    else:
        node.extend(new)

def binary_tree(s):
    root = []
    for e in s:
        _add(root, e)
    return root

def traverse(n, order):
    if n:
        v = n[0]
        if order == 'pre':
            yield v
        for left in traverse(n[1], order):
            yield left
        if order == 'in':
            yield v
        for right in traverse(n[2], order):
            yield right
        if order == 'post':
            yield v

Costruire un albero da un iterabile:

 >>> tree = binary_tree('A B C D E'.split())
 >>> print tree
 ['A', ['B', ['D', [], []], ['E', [], []]], ['C', [], []]]

Attraversando un albero:

 >>> list(traverse(tree, 'pre')), list(traverse(tree, 'in')), list(traverse(tree, 'post'))
 (['A', 'B', 'D', 'E', 'C'],
  ['D', 'B', 'E', 'A', 'C'],
  ['D', 'E', 'B', 'C', 'A'])

Non posso fare a meno di notare che la maggior parte delle risposte qui sta implementando un albero di ricerca binario. Albero di ricerca binario! = Albero binario.

• Un albero di ricerca binario ha una proprietà molto specifica: per ogni nodo X, la chiave di X è più grande della chiave di qualsiasi discendente del suo figlio sinistro e più piccola della chiave di qualsiasi discendente del suo figlio destro.

• Un albero binario non impone tale restrizione. Un albero binario è semplicemente una struttura dati con un elemento "chiave" e due figli, diciamo "sinistro" e "destro".

• Un albero è un caso ancora più generale di un albero binario in cui ogni nodo può avere un numero arbitrario di figli. Tipicamente, ogni nodo ha un elemento "figlio" che è di tipo list / array.

Ora, per rispondere alla domanda dell'OP, includo un'implementazione completa di un albero binario in Python. La struttura dati sottostante che memorizza ogni BinaryTreeNode è un dizionario, dato che offre ricerche O (1) ottimali. Ho anche implementato attraversamenti in profondità e in larghezza. Queste sono operazioni molto comuni eseguite sugli alberi.

from collections import deque

class BinaryTreeNode:
    def __init__(self, key, left=None, right=None):
        self.key = key
        self.left = left
        self.right = right

    def __repr__(self):
        return "%s l: (%s) r: (%s)" % (self.key, self.left, self.right)

    def __eq__(self, other):
        if self.key == other.key and \
            self.right == other.right and \
                self.left == other.left:
            return True
        else:
            return False

class BinaryTree:
    def __init__(self, root_key=None):
        # maps from BinaryTreeNode key to BinaryTreeNode instance.
        # Thus, BinaryTreeNode keys must be unique.
        self.nodes = {}
        if root_key is not None:
            # create a root BinaryTreeNode
            self.root = BinaryTreeNode(root_key)
            self.nodes[root_key] = self.root

    def add(self, key, left_key=None, right_key=None):
        if key not in self.nodes:
            # BinaryTreeNode with given key does not exist, create it
            self.nodes[key] = BinaryTreeNode(key)
        # invariant: self.nodes[key] exists

        # handle left child
        if left_key is None:
            self.nodes[key].left = None
        else:
            if left_key not in self.nodes:
                self.nodes[left_key] = BinaryTreeNode(left_key)
            # invariant: self.nodes[left_key] exists
            self.nodes[key].left = self.nodes[left_key]

        # handle right child
        if right_key == None:
            self.nodes[key].right = None
        else:
            if right_key not in self.nodes:
                self.nodes[right_key] = BinaryTreeNode(right_key)
            # invariant: self.nodes[right_key] exists
            self.nodes[key].right = self.nodes[right_key]

    def remove(self, key):
        if key not in self.nodes:
            raise ValueError('%s not in tree' % key)
        # remove key from the list of nodes
        del self.nodes[key]
        # if node removed is left/right child, update parent node
        for k in self.nodes:
            if self.nodes[k].left and self.nodes[k].left.key == key:
                self.nodes[k].left = None
            if self.nodes[k].right and self.nodes[k].right.key == key:
                self.nodes[k].right = None
        return True

    def _height(self, node):
        if node is None:
            return 0
        else:
            return 1 + max(self._height(node.left), self._height(node.right))

    def height(self):
        return self._height(self.root)

    def size(self):
        return len(self.nodes)

    def __repr__(self):
        return str(self.traverse_inorder(self.root))

    def bfs(self, node):
        if not node or node not in self.nodes:
            return
        reachable = []    
        q = deque()
        # add starting node to queue
        q.append(node)
        while len(q):
            visit = q.popleft()
            # add currently visited BinaryTreeNode to list
            reachable.append(visit)
            # add left/right children as needed
            if visit.left:
                q.append(visit.left)
            if visit.right:
                q.append(visit.right)
        return reachable

    # visit left child, root, then right child
    def traverse_inorder(self, node, reachable=None):
        if not node or node.key not in self.nodes:
            return
        if reachable is None:
            reachable = []
        self.traverse_inorder(node.left, reachable)
        reachable.append(node.key)
        self.traverse_inorder(node.right, reachable)
        return reachable

    # visit left and right children, then root
    # root of tree is always last to be visited
    def traverse_postorder(self, node, reachable=None):
        if not node or node.key not in self.nodes:
            return
        if reachable is None:
            reachable = []
        self.traverse_postorder(node.left, reachable)
        self.traverse_postorder(node.right, reachable)
        reachable.append(node.key)
        return reachable

    # visit root, left, then right children
    # root is always visited first
    def traverse_preorder(self, node, reachable=None):
        if not node or node.key not in self.nodes:
            return
        if reachable is None:
            reachable = []
        reachable.append(node.key)
        self.traverse_preorder(node.left, reachable)
        self.traverse_preorder(node.right, reachable)
        return reachable

non è necessario avere due classi

class Tree:
    val = None
    left = None
    right = None

    def __init__(self, val):
        self.val = val


    def insert(self, val):
        if self.val is not None:
            if val < self.val:
                if self.left is not None:
                    self.left.insert(val)
                else:
                    self.left = Tree(val)
            elif val > self.val:
                if self.right is not None:
                    self.right.insert(val)
                else:
                    self.right = Tree(val)
            else:
                return
        else:
            self.val = val
            print("new node added")

    def showTree(self):
        if self.left is not None:
            self.left.showTree()
        print(self.val, end = ' ')
        if self.right is not None:
            self.right.showTree()

Un po 'più "pitonico"?

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.left = None
        self.right = None

    def __repr__(self):
        return str(self.value)



class BST:
    def __init__(self):
        self.root = None

    def __repr__(self):
        self.sorted = []
        self.get_inorder(self.root)
        return str(self.sorted)

    def get_inorder(self, node):
        if node:
            self.get_inorder(node.left)
            self.sorted.append(str(node.value))
            self.get_inorder(node.right)

    def add(self, value):
        if not self.root:
            self.root = Node(value)
        else:
            self._add(self.root, value)

    def _add(self, node, value):
        if value <= node.value:
            if node.left:
                self._add(node.left, value)
            else:
                node.left = Node(value)
        else:
            if node.right:
                self._add(node.right, value)
            else:
                node.right = Node(value)



from random import randint

bst = BST()

for i in range(100):
    bst.add(randint(1, 1000))
print (bst)

#!/usr/bin/python

class BinaryTree:
    def __init__(self, left, right, data):
        self.left = left
        self.right = right
        self.data = data


    def pre_order_traversal(root):
        print(root.data, end=' ')

        if root.left != None:
            pre_order_traversal(root.left)

        if root.right != None:
            pre_order_traversal(root.right)

    def in_order_traversal(root):
        if root.left != None:
            in_order_traversal(root.left)
        print(root.data, end=' ')
        if root.right != None:
            in_order_traversal(root.right)

    def post_order_traversal(root):
        if root.left != None:
            post_order_traversal(root.left)
        if root.right != None:
            post_order_traversal(root.right)
        print(root.data, end=' ')

Una Nodeclasse basata su nodi connessi è un approccio standard. Questi possono essere difficili da visualizzare.

Motivato da un saggio su Python Patterns - Implementing Graphs , considera un semplice dizionario:

Dato

Un albero binario

               a
              / \
             b   c
            / \   \
           d   e   f

Codice

Crea un dizionario di nodi unici :

tree = {
   "a": ["b", "c"],
   "b": ["d", "e"],
   "c": [None, "f"],
   "d": [None, None],
   "e": [None, None],
   "f": [None, None],
}

Dettagli

• Ogni coppia chiave-valore è un nodo univoco che punta ai suoi figli.
• Una lista (o tupla) contiene una coppia ordinata di figli sinistra / destra.
• Con un dict che ha un inserimento ordinato , supponiamo che la prima voce sia la radice.
• I metodi comuni possono essere funzioni che mutano o attraversano il dict (vedi find_all_paths()).

Le funzioni basate su albero spesso includono le seguenti operazioni comuni:

• traversa : produce ogni nodo in un dato ordine (solitamente da sinistra a destra)
  • ricerca in ampiezza (BFS): livelli di attraversamento
  • ricerca in profondità (DFS): attraversa prima i rami (pre- / in / post-order)
• insert : aggiunge un nodo all'albero a seconda del numero di figli
• remove : rimuove un nodo a seconda del numero di figli
• aggiornamento : unisce i nodi mancanti da un albero all'altro
• visit : restituisce il valore di un nodo attraversato

Prova a implementare tutte queste operazioni. Qui mostriamo una di queste funzioni, un attraversamento BFS:

Esempio

import collections as ct


def traverse(tree):
    """Yield nodes from a tree via BFS."""
    q = ct.deque()                                         # 1
    root = next(iter(tree))                                # 2
    q.append(root)

    while q:
        node = q.popleft()
        children = filter(None, tree.get(node))
        for n in children:                                 # 3 
            q.append(n)
        yield node

list(traverse(tree))
# ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f']

Questo è un algoritmo di ricerca in ampiezza (ordine di livello) applicato a un comando di nodi e figli.

1. Inizializza una coda FIFO . Usiamo a deque, ma a queueo a listfunziona (quest'ultimo è inefficiente).
2. Ottieni e accoda il nodo root (presuppone che root sia la prima voce nel dict, Python 3.6+).
3. Annullare in modo iterativo un nodo, accodare i suoi figli e restituire il valore del nodo.

Vedi anche questo tutorial approfondito sugli alberi.

Intuizione

Qualcosa di eccezionale sugli attraversamenti in generale, possiamo facilmente alterare l'ultimo approccio iterativo alla ricerca in profondità (DFS) semplicemente sostituendo la coda con uno stack (noto anche come LIFO Queue). Ciò significa semplicemente che rimuoviamo la coda dallo stesso lato che accodiamo. DFS ci consente di cercare in ogni ramo.

Come? Dato che stiamo usando a deque, possiamo emulare uno stack cambiando node = q.popleft()in node = q.pop()(right). Il risultato è un diritto favorita, DFS pre-ordinato : ['a', 'c', 'f', 'b', 'e', 'd'].

import random

class TreeNode:
    def __init__(self, key):
        self.key = key
        self.left = None
        self.right = None
        self.p = None

class BinaryTree:
    def __init__(self):
        self.root = None

    def length(self):
        return self.size

    def inorder(self, node):
        if node == None:
            return None
        else:
            self.inorder(node.left)
            print node.key,
            self.inorder(node.right)

    def search(self, k):
        node = self.root
        while node != None:
            if node.key == k:
                return node
            if node.key > k:
                node = node.left
            else:
                node = node.right
        return None

    def minimum(self, node):
        x = None
        while node.left != None:
            x = node.left
            node = node.left
        return x

    def maximum(self, node):
        x = None
        while node.right != None:
            x = node.right
            node = node.right
        return x

    def successor(self, node):
        parent = None
        if node.right != None:
            return self.minimum(node.right)
        parent = node.p
        while parent != None and node == parent.right:
            node = parent
            parent = parent.p
        return parent

    def predecessor(self, node):
        parent = None
        if node.left != None:
            return self.maximum(node.left)
        parent = node.p
        while parent != None and node == parent.left:
            node = parent
            parent = parent.p
        return parent

    def insert(self, k):
        t = TreeNode(k)
        parent = None
        node = self.root
        while node != None:
            parent = node
            if node.key > t.key:
                node = node.left
            else:
                node = node.right
        t.p = parent
        if parent == None:
            self.root = t
        elif t.key < parent.key:
            parent.left = t
        else:
            parent.right = t
        return t


    def delete(self, node):
        if node.left == None:
            self.transplant(node, node.right)
        elif node.right == None:
            self.transplant(node, node.left)
        else:
            succ = self.minimum(node.right)
            if succ.p != node:
                self.transplant(succ, succ.right)
                succ.right = node.right
                succ.right.p = succ
            self.transplant(node, succ)
            succ.left = node.left
            succ.left.p = succ

    def transplant(self, node, newnode):
        if node.p == None:
            self.root = newnode
        elif node == node.p.left:
            node.p.left = newnode
        else:
            node.p.right = newnode
        if newnode != None:
            newnode.p = node.p

Questa implementazione supporta le operazioni di inserimento, ricerca ed eliminazione senza distruggere la struttura dell'albero. Questo non è un albero sbranato.

# Class for construct the nodes of the tree. (Subtrees)
class Node:
def __init__(self, key, parent_node = None):
    self.left = None
    self.right = None
    self.key = key
    if parent_node == None:
        self.parent = self
    else:
        self.parent = parent_node

# Class with the  structure of the tree. 
# This Tree is not balanced.
class Tree:
def __init__(self):
    self.root = None

# Insert a single element
def insert(self, x):
    if(self.root == None):
        self.root = Node(x)
    else:
        self._insert(x, self.root)

def _insert(self, x, node):
    if(x < node.key):
        if(node.left == None):
            node.left = Node(x, node)
        else:
            self._insert(x, node.left)
    else:
        if(node.right == None):
            node.right = Node(x, node)
        else:
            self._insert(x, node.right)

# Given a element, return a node in the tree with key x. 
def find(self, x):
    if(self.root == None):
        return None
    else:
        return self._find(x, self.root)
def _find(self, x, node):
    if(x == node.key):
        return node
    elif(x < node.key):
        if(node.left == None):
            return None
        else:
            return self._find(x, node.left)
    elif(x > node.key):
        if(node.right == None):
            return None
        else:
            return self._find(x, node.right)

# Given a node, return the node in the tree with the next largest element.
def next(self, node):
    if node.right != None:
        return self._left_descendant(node.right)
    else:
        return self._right_ancestor(node)

def _left_descendant(self, node):
    if node.left == None:
        return node
    else:
        return self._left_descendant(node.left)

def _right_ancestor(self, node):
    if node.key <= node.parent.key:
        return node.parent
    else:
        return self._right_ancestor(node.parent)

# Delete an element of the tree
def delete(self, x):
    node = self.find(x)
    if node == None:
        print(x, "isn't in the tree")
    else:
        if node.right == None:
            if node.left == None:
                if node.key < node.parent.key:
                    node.parent.left = None
                    del node # Clean garbage
                else:
                    node.parent.right = None
                    del Node # Clean garbage
            else:
                node.key = node.left.key
                node.left = None
        else:
            x = self.next(node)
            node.key = x.key
            x = None


# tests
t = Tree()
t.insert(5)
t.insert(8)
t.insert(3)
t.insert(4)
t.insert(6)
t.insert(2)

t.delete(8)
t.delete(5)

t.insert(9)
t.insert(1)

t.delete(2)
t.delete(100)

# Remember: Find method return the node object. 
# To return a number use t.find(nº).key
# But it will cause an error if the number is not in the tree.
print(t.find(5)) 
print(t.find(8))
print(t.find(4))
print(t.find(6))
print(t.find(9))

So che molte buone soluzioni sono già state pubblicate ma di solito ho un approccio diverso per gli alberi binari: andare con qualche classe Node e implementarla direttamente è più leggibile ma quando hai molti nodi può diventare molto avido riguardo alla memoria, quindi io suggerire di aggiungere un livello di complessità e memorizzare i nodi in un elenco Python, quindi simulare il comportamento di un albero utilizzando solo l'elenco.

Puoi ancora definire una classe Node per rappresentare finalmente i nodi nell'albero quando necessario, ma mantenerli in una forma semplice [valore, sinistra, destra] in un elenco userà metà della memoria o meno!

Ecco un rapido esempio di una classe Binary Search Tree che memorizza i nodi in un array. Fornisce funzioni di base come aggiungi, rimuovi, trova ...

"""
Basic Binary Search Tree class without recursion...
"""

__author__ = "@fbparis"

class Node(object):
    __slots__ = "value", "parent", "left", "right"
    def __init__(self, value, parent=None, left=None, right=None):
        self.value = value
        self.parent = parent
        self.left = left
        self.right = right

    def __repr__(self):
        return "<%s object at %s: parent=%s, left=%s, right=%s, value=%s>" % (self.__class__.__name__, hex(id(self)), self.parent, self.left, self.right, self.value)

class BinarySearchTree(object):
    __slots__ = "_tree"
    def __init__(self, *args):
        self._tree = []
        if args:
            for x in args[0]:
                self.add(x)

    def __len__(self):
        return len(self._tree)

    def __repr__(self):
        return "<%s object at %s with %d nodes>" % (self.__class__.__name__, hex(id(self)), len(self))

    def __str__(self, nodes=None, level=0):
        ret = ""
        if nodes is None:
            if len(self):
                nodes = [0]
            else:
                nodes = []
        for node in nodes:
            if node is None:
                continue
            ret += "-" * level + " %s\n" % self._tree[node][0]
            ret += self.__str__(self._tree[node][2:4], level + 1)
        if level == 0:
            ret = ret.strip()
        return ret

    def __contains__(self, value):
        if len(self):
            node_index = 0
            while self._tree[node_index][0] != value:
                if value < self._tree[node_index][0]:
                    node_index = self._tree[node_index][2]
                else:
                    node_index = self._tree[node_index][3]
                if node_index is None:
                    return False
            return True
        return False

    def __eq__(self, other):
        return self._tree == other._tree

    def add(self, value):
        if len(self):
            node_index = 0
            while self._tree[node_index][0] != value:
                if value < self._tree[node_index][0]:
                    b = self._tree[node_index][2]
                    k = 2
                else:
                    b = self._tree[node_index][3]
                    k = 3
                if b is None:
                    self._tree[node_index][k] = len(self)
                    self._tree.append([value, node_index, None, None])
                    break
                node_index = b
        else:
            self._tree.append([value, None, None, None])

    def remove(self, value):
        if len(self):
            node_index = 0
            while self._tree[node_index][0] != value:
                if value < self._tree[node_index][0]:
                    node_index = self._tree[node_index][2]
                else:
                    node_index = self._tree[node_index][3]
                if node_index is None:
                    raise KeyError
            if self._tree[node_index][2] is not None:
                b, d = 2, 3
            elif self._tree[node_index][3] is not None:
                b, d = 3, 2
            else:
                i = node_index
                b = None
            if b is not None:
                i = self._tree[node_index][b]
                while self._tree[i][d] is not None:
                    i = self._tree[i][d]
                p = self._tree[i][1]
                b = self._tree[i][b]
                if p == node_index:
                    self._tree[p][5-d] = b
                else:
                    self._tree[p][d] = b
                if b is not None:
                    self._tree[b][1] = p
                self._tree[node_index][0] = self._tree[i][0]
            else:
                p = self._tree[i][1]
                if p is not None:
                    if self._tree[p][2] == i:
                        self._tree[p][2] = None
                    else:
                        self._tree[p][3] = None
            last = self._tree.pop()
            n = len(self)
            if i < n:
                self._tree[i] = last[:]
                if last[2] is not None:
                    self._tree[last[2]][1] = i
                if last[3] is not None:
                    self._tree[last[3]][1] = i
                if self._tree[last[1]][2] == n:
                    self._tree[last[1]][2] = i
                else:
                    self._tree[last[1]][3] = i
        else:
            raise KeyError

    def find(self, value):
        if len(self):
            node_index = 0
            while self._tree[node_index][0] != value:
                if value < self._tree[node_index][0]:
                    node_index = self._tree[node_index][2]
                else:
                    node_index = self._tree[node_index][3]
                if node_index is None:
                    return None
            return Node(*self._tree[node_index])
        return None

Ho aggiunto un attributo genitore in modo da poter rimuovere qualsiasi nodo e mantenere la struttura BST.

Ci scusiamo per la leggibilità, soprattutto per la funzione "rimuovi". Fondamentalmente, quando un nodo viene rimosso, apriamo l'array ad albero e lo sostituiamo con l'ultimo elemento (tranne se volessimo rimuovere l'ultimo nodo). Per mantenere la struttura BST, il nodo rimosso viene sostituito con il massimo dei suoi figli di sinistra o il minimo dei suoi figli di destra e alcune operazioni devono essere fatte per mantenere gli indici validi ma è abbastanza veloce.

Ho usato questa tecnica per cose più avanzate per costruire alcuni dizionari di parole grosse con un trie radix interno e sono stato in grado di dividere il consumo di memoria per 7-8 (puoi vedere un esempio qui: https://gist.github.com/fbparis / b3ddd5673b603b42c880974b23db7cda )

Una buona implementazione dell'albero di ricerca binario , presa da qui :

'''
A binary search Tree
'''
from __future__ import print_function
class Node:

    def __init__(self, label, parent):
        self.label = label
        self.left = None
        self.right = None
        #Added in order to delete a node easier
        self.parent = parent

    def getLabel(self):
        return self.label

    def setLabel(self, label):
        self.label = label

    def getLeft(self):
        return self.left

    def setLeft(self, left):
        self.left = left

    def getRight(self):
        return self.right

    def setRight(self, right):
        self.right = right

    def getParent(self):
        return self.parent

    def setParent(self, parent):
        self.parent = parent

class BinarySearchTree:

    def __init__(self):
        self.root = None

    def insert(self, label):
        # Create a new Node
        new_node = Node(label, None)
        # If Tree is empty
        if self.empty():
            self.root = new_node
        else:
            #If Tree is not empty
            curr_node = self.root
            #While we don't get to a leaf
            while curr_node is not None:
                #We keep reference of the parent node
                parent_node = curr_node
                #If node label is less than current node
                if new_node.getLabel() < curr_node.getLabel():
                #We go left
                    curr_node = curr_node.getLeft()
                else:
                    #Else we go right
                    curr_node = curr_node.getRight()
            #We insert the new node in a leaf
            if new_node.getLabel() < parent_node.getLabel():
                parent_node.setLeft(new_node)
            else:
                parent_node.setRight(new_node)
            #Set parent to the new node
            new_node.setParent(parent_node)      

    def delete(self, label):
        if (not self.empty()):
            #Look for the node with that label
            node = self.getNode(label)
            #If the node exists
            if(node is not None):
                #If it has no children
                if(node.getLeft() is None and node.getRight() is None):
                    self.__reassignNodes(node, None)
                    node = None
                #Has only right children
                elif(node.getLeft() is None and node.getRight() is not None):
                    self.__reassignNodes(node, node.getRight())
                #Has only left children
                elif(node.getLeft() is not None and node.getRight() is None):
                    self.__reassignNodes(node, node.getLeft())
                #Has two children
                else:
                    #Gets the max value of the left branch
                    tmpNode = self.getMax(node.getLeft())
                    #Deletes the tmpNode
                    self.delete(tmpNode.getLabel())
                    #Assigns the value to the node to delete and keesp tree structure
                    node.setLabel(tmpNode.getLabel())

    def getNode(self, label):
        curr_node = None
        #If the tree is not empty
        if(not self.empty()):
            #Get tree root
            curr_node = self.getRoot()
            #While we don't find the node we look for
            #I am using lazy evaluation here to avoid NoneType Attribute error
            while curr_node is not None and curr_node.getLabel() is not label:
                #If node label is less than current node
                if label < curr_node.getLabel():
                    #We go left
                    curr_node = curr_node.getLeft()
                else:
                    #Else we go right
                    curr_node = curr_node.getRight()
        return curr_node

    def getMax(self, root = None):
        if(root is not None):
            curr_node = root
        else:
            #We go deep on the right branch
            curr_node = self.getRoot()
        if(not self.empty()):
            while(curr_node.getRight() is not None):
                curr_node = curr_node.getRight()
        return curr_node

    def getMin(self, root = None):
        if(root is not None):
            curr_node = root
        else:
            #We go deep on the left branch
            curr_node = self.getRoot()
        if(not self.empty()):
            curr_node = self.getRoot()
            while(curr_node.getLeft() is not None):
                curr_node = curr_node.getLeft()
        return curr_node

    def empty(self):
        if self.root is None:
            return True
        return False

    def __InOrderTraversal(self, curr_node):
        nodeList = []
        if curr_node is not None:
            nodeList.insert(0, curr_node)
            nodeList = nodeList + self.__InOrderTraversal(curr_node.getLeft())
            nodeList = nodeList + self.__InOrderTraversal(curr_node.getRight())
        return nodeList

    def getRoot(self):
        return self.root

    def __isRightChildren(self, node):
        if(node == node.getParent().getRight()):
            return True
        return False

    def __reassignNodes(self, node, newChildren):
        if(newChildren is not None):
            newChildren.setParent(node.getParent())
        if(node.getParent() is not None):
            #If it is the Right Children
            if(self.__isRightChildren(node)):
                node.getParent().setRight(newChildren)
            else:
                #Else it is the left children
                node.getParent().setLeft(newChildren)

    #This function traversal the tree. By default it returns an
    #In order traversal list. You can pass a function to traversal
    #The tree as needed by client code
    def traversalTree(self, traversalFunction = None, root = None):
        if(traversalFunction is None):
            #Returns a list of nodes in preOrder by default
            return self.__InOrderTraversal(self.root)
        else:
            #Returns a list of nodes in the order that the users wants to
            return traversalFunction(self.root)

    #Returns an string of all the nodes labels in the list 
    #In Order Traversal
    def __str__(self):
        list = self.__InOrderTraversal(self.root)
        str = ""
        for x in list:
            str = str + " " + x.getLabel().__str__()
        return str

def InPreOrder(curr_node):
    nodeList = []
    if curr_node is not None:
        nodeList = nodeList + InPreOrder(curr_node.getLeft())
        nodeList.insert(0, curr_node.getLabel())
        nodeList = nodeList + InPreOrder(curr_node.getRight())
    return nodeList

def testBinarySearchTree():
    r'''
    Example
                  8
                 / \
                3   10
               / \    \
              1   6    14
                 / \   /
                4   7 13 
    '''

    r'''
    Example After Deletion
                  7
                 / \
                1   4

    '''
    t = BinarySearchTree()
    t.insert(8)
    t.insert(3)
    t.insert(6)
    t.insert(1)
    t.insert(10)
    t.insert(14)
    t.insert(13)
    t.insert(4)
    t.insert(7)

    #Prints all the elements of the list in order traversal
    print(t.__str__())

    if(t.getNode(6) is not None):
        print("The label 6 exists")
    else:
        print("The label 6 doesn't exist")

    if(t.getNode(-1) is not None):
        print("The label -1 exists")
    else:
        print("The label -1 doesn't exist")

    if(not t.empty()):
        print(("Max Value: ", t.getMax().getLabel()))
        print(("Min Value: ", t.getMin().getLabel()))

    t.delete(13)
    t.delete(10)
    t.delete(8)
    t.delete(3)
    t.delete(6)
    t.delete(14)

    #Gets all the elements of the tree In pre order
    #And it prints them
    list = t.traversalTree(InPreOrder, t.root)
    for x in list:
        print(x)

if __name__ == "__main__":
    testBinarySearchTree()

Voglio mostrare una variazione del metodo di @ apadana, che è più utile quando c'è un numero considerevole di nodi:

'''
Suppose we have the following tree
      10
    /    \
  11      9
 /  \     / \
7   12  15   8
'''
# Step 1 - Create nodes - Use a list instead of defining each node separately
nlist = [10,11,7,9,15,8,12]; n = []
for i in range(len(nlist)): n.append(Node(nlist[i]))

# Step 2 - Set each node position
n[0].left  = n[1]
n[1].left = n[2]
n[0].right = n[3]
n[3].left = n[4]
n[3].right = n[5]
n[1].right = n[6]

class Node:
    """
    single Node for tree
    """

    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.right = None
        self.left = None


class binaryTree:
    """
    binary tree implementation
    """

    def __init__(self):
        self.root = None

    def push(self, element, node=None):
        if node is None:
            node = self.root

        if self.root is None:
            self.root = Node(element)

        else:
            if element < node.data:
                if node.left is not None:
                    self.push(element, node.left)
                else:
                    node.left = Node(element)
            else:
                if node.right is not None:
                    self.push(element, node.right)
                else:
                    node.right = Node(element)

    def __str__(self):
        self.printInorder(self.root)
        return "\n"

    def printInorder(self, node):
        """
        print tree in inorder
        """
        if node is not None:
            self.printInorder(node.left)
            print(node.data)
            self.printInorder(node.right)


def main():
    """
    Main code and logic comes here
    """
    tree = binaryTree()
    tree.push(5)
    tree.push(3)
    tree.push(1)
    tree.push(3)
    tree.push(0)
    tree.push(2)
    tree.push(9)
    tree.push(10)
    print(tree)


if __name__ == "__main__":
    main()

Albero binario in Python

 class Tree(object):
    def __init__(self):
        self.data=None
        self.left=None
        self.right=None
    def insert(self, x, root):
        if root==None:
            t=node(x)
            t.data=x
            t.right=None
            t.left=None
            root=t
            return root
        elif x<root.data:
            root.left=self.insert(x, root.left)
        else:
            root.right=self.insert(x, root.right)
        return root

    def printTree(self, t):
        if t==None:
            return

        self.printTree(t.left)
        print t.data
        self.printTree(t.right)

class node(object):
    def __init__(self, x):
        self.x=x

bt=Tree()
root=None
n=int(raw_input())
a=[]
for i in range(n):
    a.append(int(raw_input()))
for i in range(n):
    root=bt.insert(a[i], root)
bt.printTree(root)