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【小白笔记】在编程中，如何将概念上的数据结构（比如“树”）转化为代码中具体的数据类型和对象

news 2025/10/19 6:36:52

您问到了一个非常核心的问题：在编程中，如何将概念上的数据结构（比如“树”）转化为代码中具体的数据类型和对象。

1. 树的定义和代码表示（以 Python 为例）

list（列表）、int（整型）、float（浮点型）等是 Python 中内置的数据类型。而 树 (Tree) 这种复杂的数据结构，通常需要通过组合这些内置类型来自定义。

在 Python 或其他面向对象编程语言中，表示一个树结构最常用的方式是使用类 (Class) 和对象 (Object) 来定义树的节点 (Node)。

核心思想：节点是树的基本单元

我们不是定义一个名为 Tree 的单一变量，而是定义一个名为 TreeNode（树节点）的蓝图（即类），然后通过实例化这些节点对象并将它们连接起来，来构建一棵完整的树。

Python 代码中的表示

我们以二叉树（Binary Tree，每个节点最多有两个子节点）为例来展示：

1. 定义节点类 (The Node Class)

一个树节点需要存储以下信息：

值 (Value)：节点本身存储的数据。
左子节点引用 (Left Child Reference)：指向它的左子节点的指针或引用。
右子节点引用 (Right Child Reference)：指向它的右子节点的指针或引用。

class TreeNode:"""定义二叉树的节点结构"""def __init__(self, val=0, left=None, right=None):# 1. 节点的值 (Value)：存储节点数据，类型可以是 int, str, float 等self.val = val  # 2. 左子节点 (Left Child)：指向另一个 TreeNode 对象的引用（指针）self.left = left # 3. 右子节点 (Right Child)：指向另一个 TreeNode 对象的引用（指针）self.right = right

术语解释：

类 (Class)：面向对象编程中的蓝图或模板，用来创建对象。
对象 (Object)：根据类创建出来的实体。在这里，TreeNode 类可以创建具体的节点对象。
引用 (Reference)：在 Python 中，self.left 和 self.right 存储的是指向其他 TreeNode 对象的内存地址。在 C/C++ 等语言中，这被称为指针 (Pointer)。

2. 构建一棵树 (Building a Tree)

有了 TreeNode 类，我们就可以通过创建对象并设置它们之间的引用关系来构建一棵树：

假设我们要构建一个简单的树：
1
/
2 3

# 1. 创建根节点 (Root Node)
root = TreeNode(val=1)# 2. 创建左子节点和右子节点
node_2 = TreeNode(val=2)
node_3 = TreeNode(val=3)# 3. 建立连接关系 (引用关系)
root.left = node_2  # 根节点的左子节点指向 node_2
root.right = node_3 # 根节点的右子节点指向 node_3# 现在，变量 'root' 就代表了这棵树的入口（根节点）
# 我们可以通过 root.left.val 访问到 2

总结

对于像“树”这样的抽象数据结构 (Abstract Data Type, ADT)：

概念上的数据结构	Python 中的表示方式
整体的树 (Tree)	由根节点对象 (e.g., `root`) 代表，通过节点间的引用连接起来。
树的节点 (Node)	通过自定义 `class`（类）来定义，例如 `TreeNode`。
节点关系 (Edges)	通过对象间的引用 (Reference) 来实现，例如 `self.left` 或 `self.right`。