数据结构 | 树与二叉树常用计算公式

在二叉树的理论推导以及一些高频类型题中，我们经常需要计算二叉树的总结点数，某一层的结点数以及已知结点数反推树的高度，本文围绕这几个高频知识点，归纳总结以下公式。

（1）非空二叉树叶子结点数 = 度为2的结点数 + 1 即，$ N_0 = N_2 + 1 $

（2）非空二叉树上第K层至多有$ 2^{k-1} $ 个结点（$ K \ge 1 $）

（3）高度为H的二叉树至多有$ 2^H - 1 $ 个结点（$ H \ge 1 $）

（4）具有N个（$ N > 0 $）结点的完全二叉树的高度为 $ \lceil log_2{(N+1)} \rceil $ 或 $ \lfloor log_2{N} \rfloor + 1 $

（5）对完全二叉树按从上到下、从左到右的顺序依次编号1,2，...，N，则有以下关系：

① 当 $ i > 1 $ 时，结点 $ i $ 的双亲结点编号为 $ \lfloor i/2 \rfloor $ ，即当 $ i $ 为偶数时，其双亲结点的编号为 $ i/2 $ ，它是双亲结点的左孩子；当 $ i $ 为奇数时，其双亲结点的编号为 $ (i-1)/2 $ ，它是双亲结点的右孩子。

② 当 $ 2i \le N $ 时，结点i的左孩子编号为 $ 2i $ ，否则无左孩子。

③ 当 $ 2i+1 \le N $ 时，结点i的右孩子编号为 $ 2i+1 $ ，否则无右孩子。

④ 结点 $ i $ 所在层次（深度）为 $ \lfloor log_2{i} \rfloor +1 $ 。（设根结点为第1层）