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Alberi come tipo speciale di grafi

Python SELF IT
Livello 55, Lezione 1
Disponibile

2.1 Componenti principali di un albero

Albero è un tipo speciale di grafo, che è acyclic e connected. In un albero esiste un unico percorso tra qualsiasi coppia di nodi, il che rende la sua struttura gerarchica.

Esempio di struttura ad albero

Componenti principali di un albero:

1. Nodi:

  • Elementi principali di un albero che contengono dati.
  • Ad esempio, ogni cerchio nel diagramma rappresenta un nodo.

2. Radice:

  • Nodo che non ha nodi padre. È il punto di inizio dell'albero.
  • Ad esempio, il nodo superiore nel diagramma.

3. Foglie:

  • Nodi che non hanno nodi figli. Si trovano alle "estremità" dell'albero.
  • Ad esempio, i nodi in fondo al diagramma.

4. Archi:

  • Connessioni tra nodi. Determinano le relazioni genitore-figlio tra i nodi.
  • Ad esempio, le linee che collegano i nodi nel diagramma.

5. Sottoalberi:

  • Qualsiasi sottoinsieme di un albero composto da un nodo e da tutti i suoi discendenti.
  • Ad esempio, un ramo dell'albero che parte da un nodo.

Caratteristiche importanti di un albero:

1. Altezza dell'albero:

  • Lunghezza del percorso dalla radice alla foglia più lontana.
  • Ad esempio, il numero di livelli nel diagramma.

2. Profondità del nodo:

  • Lunghezza del percorso dalla radice al nodo specificato.
  • Ad esempio, il numero di livelli dalla radice al nodo specifico.

2.2 Alberi binari

Possiamo distinguere diversi tipi di alberi. Iniziamo dai più semplici.

Albero binario è un albero in cui ogni nodo ha non più di due nodi figli, chiamati discendenti sinistro e destro.

Esempio di albero binario:

Esempio di albero binario

Tipi speciali di alberi binari:

Albero binario completo:

Tutti i livelli dell'albero, tranne l'ultimo, sono completamente riempiti e tutti i nodi dell'ultimo livello sono posizionati il più a sinistra possibile.

Albero binario perfetto:

Tutti i nodi interni hanno esattamente due nodi figli e tutte le foglie si trovano allo stesso livello.

Albero binario bilanciato:

La differenza di altezza tra i sottoalberi di qualsiasi nodo non supera 1.

Albero binario di ricerca:

Per qualsiasi nodo, il suo sottoalbero sinistro contiene solo nodi con valori minori, mentre il sottoalbero destro contiene solo nodi con valori maggiori.

2.3 Alberi n-ari

Un albero n-ario è un albero in cui ogni nodo può avere non più di n nodi figli.

Tipi speciali di alberi n-ari:

1. Albero ternario (Ternary Tree):

Ogni nodo ha non più di tre nodi figli.

2. Albero k-ario (k-ary Tree):

Ogni nodo ha non più di k nodi figli.

Esempio di albero 3-ario (ogni nodo ha non più di tre nodi figli):

Esempio di albero 3-ario

2.4 Esempi di utilizzo degli alberi

1. File system

Applicazione degli alberi: Rappresentazione della struttura gerarchica di file e cartelle in un sistema operativo.

Il nodo radice rappresenta la directory principale, i nodi interni — le cartelle, e le foglie — i file. Le operazioni includono la creazione, l'eliminazione e lo spostamento di file e cartelle.

2. Albero decisionale

Applicazione degli alberi: Analisi e machine learning per prendere decisioni.

I nodi interni rappresentano domande o condizioni, i rami — risposte possibili, e le foglie — decisioni finali o azioni. Ad esempio, la diagnosi delle malattie in medicina in base ai sintomi.

3. Documento XML/HTML

Applicazione degli alberi: Rappresentazione strutturata dei dati in formato XML o HTML.

Il nodo radice rappresenta l'intero documento, i nodi interni — tag ed elementi, e le foglie — nodi di testo e attributi. Ciò aiuta nel parsing e manipolazione del contenuto dei documenti.

4. Struttura organizzativa

Applicazione degli alberi: Rappresentazione della gerarchia nelle organizzazioni e aziende.

Il nodo radice rappresenta il CEO, i nodi interni — i manager e i dipartimenti, e le foglie — i dipendenti. Ciò aiuta a visualizzare e gestire la struttura organizzativa.

5. Gioco degli scacchi

Applicazione degli alberi: Rappresentazione delle mosse possibili nel gioco.

Il nodo radice rappresenta lo stato iniziale del gioco, i nodi interni — mosse possibili, e le foglie — stati finali del gioco. Ciò aiuta nella pianificazione delle strategie e nelle decisioni nei programmi di scacchi.

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