ปัจจุบันด้านการเขียนโปรแกรมไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การเรียนรู้ภาษาโปรแกรมที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเข้าใจในหลักการของโครงสร้างข้อมูลต่างๆ พูดถึงโครงสร้างข้อมูลที่มีความสำคัญ ไม่อาจมองข้ามต้นไม้ไบนารี (Binary Tree) ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญในการจัดการข้อมูลที่มีประสิทธิภาพได้
ต้นไม้ไบนารี เป็นโครงสร้างข้อมูลประเภทหนึ่งที่เป็นต้นไม้ ที่แต่ละโหนดจะมีลูก (child) ได้ไม่เกินสองคน ภายในต้นไม้ไบนารีแบ่งออกเป็นสามส่วนหลัก ๆ คือ ราก (root) ซึ่งเป็นโหนดแรกสุดของต้นไม้, โหนดย่อย (children) ที่เชื่อมต่อกันด้วยสายลำต้น (edges) และใบ (leaf) ที่เป็นโหนดที่ไม่มีโหนดย่อย
โครงสร้างข้อมูลนี้มีการใช้งานมากมาย เช่น ในการค้นหาข้อมูลด้วย Binary Search Trees, การจัดเก็บข้อมูลแบบเรียงสับเปลี่ยนโดยไม่ต้องเรียงลำดับข้อมูลใหม่ด้วย Heap หรือในการวิเคราะห์เกมหรือปัญหาต่างๆ ด้วย Game Trees และอื่นๆ อีกมากมาย
การนำโครงสร้างข้อมูลต้นไม้ไบนารีมาใช้ในโปรแกรมมักจะต้องสร้างคลาสที่มีสมาชิกหลักสองประการ: ข้อมูล (data) และการเชื่อมโยงกับโหนดย่อย (left และ right children) ตัวอย่างโค้ดโครงสร้างข้อมูลพื้นฐานในภาษา Python สามารถเขียนได้ดังนี้:
class TreeNode:
def __init__(self, data):
self.data = data
self.left = None
self.right = None
class BinaryTree:
def __init__(self):
self.root = None
# Method ต่างๆ สำหรับการจัดการต้นไม้ไบนารี
ในคลาส `TreeNode` จะเป็นโครงสร้างข้อมูลสำหรับแต่ละโหนด ขณะที่คลาส `BinaryTree` จะใช้สำหรับการจัดการโครงสร้างข้อมูลของต้นไม้โดยรวม ซึ่งสามารถมีเมธอดต่างๆ เช่น เพิ่มโหนด, ลบโหนด, แสดงข้อมูลทั่วทั้งต้นไม้ ฯลฯ
ในการใช้งานต้นไม้ไบนารีอย่างมีประสิทธิภาพนั้น ต้องมีการเข้าใจเกี่ยวกับการท่องต้นไม้ (tree traversal) ได้แก่ in-order, pre-order และ post-order traversal ซึ่งลำดับของการเข้าถึงโหนดนั้นมีความสำคัญต่อผลลัพธ์ที่ได้มาก
In-order Traversal (LNR)
หากนำไปใช้กับ Binary Search Tree การท่องแบบ In-order จะได้ข้อมูลส่วนได้เรียงลำดับจากน้อยไปมาก
def in_order_traversal(node):
if node is not None:
in_order_traversal(node.left)
print(node.data, end=' ')
in_order_traversal(node.right)
Pre-order Traversal (NLR)
การท่องแบบนี้ใช้ในการคัดลอกต้นไม้เนื่องจากเริ่มการเข้าถึงจาก root ก่อนลงไปยังผู้ติดตาม
def pre_order_traversal(node):
if node is not None:
print(node.data, end=' ')
pre_order_traversal(node.left)
pre_order_traversal(node.right)
Post-order Traversal (LRN)
มักใช้ในการลบหรือ "ล้าง" ต้นไม้เพราะเริ่มจากใบมายัง root
def post_order_traversal(node):
if node is not None:
post_order_traversal(node.left)
post_order_traversal(node.right)
print(node.data, end=' ')
นอกเหนือจากการใช้งานในด้านต่างๆ ต้นไม้ไบนารียังเป็นการฝึกความเข้าใจในเรื่องของการเขียนโปรแกรมแบบ recursive และการจัดการกับอ้างอิงที่ซับซ้อนได้อีกด้วย
การใช้ต้นไม้ไบนารีมีจุดดีหลายประการ เช่น ความสามารถในการค้นหาที่รวดเร็ว เมื่อเทียบกับโครงสร้างข้อมูลอื่น ๆ อย่างตารางแฮชหรือลิ้นชัก แต่มันก็ไม่ได้เหมาะกับทุกสถานการณ์ ตัวอย่างเช่น หากสมมติว่าโหนดทั้งหมดถูกเพิ่มเข้าไปในลำดับที่มีการเรียงลำดับแล้ว ต้นไม้ไบนารีจะกลายเป็นต้นไม้ที่มีลักษณะเส้นตรง ทำให้ประสิทธิภาพในการค้นหาลดลงเหมือนการใช้ linked list ปัญหานี้สามารถดำเนินการแก้ไขด้วยการใช้งานต้นไม้ไบนารีค้นหาที่มีการสมดุล (Balanced Binary Search Trees) เช่น AVL Trees, Red-Black Trees ซึ่งช่วยให้สามารถรักษาประสิทธิภาพในการค้นหาในระดับที่ยอมรับได้
ต้นไม้ไบนารีถือเป็นโครงสร้างข้อมูลที่มีความน่าสนใจมากทั้งในแง่วิศวกรรมข้อมูลและภาคปฏิบัติของการเขียนโปรแกรม ด้วยต้นไม้ไบนารี เราสามารถจัดการกับข้อมูลได้อย่างมีระบบ โดยเฉพาะเมื่อจำเป็นต้องมีการเรียกใช้ข้อมูลที่เร็วและมีประสิทธิภาพ
หากคุณมีความสนใจอยากจะเจาะลึกเรื่องการเขียนโปรแกรมและการใช้งานโครงสร้างข้อมูลตำแหน่งนี้ บทเรียนการเขียนโปรแกรมที่ EPT (Expert-Programming-Tutor) เป็นสถาบันที่พร้อมจะนำทางคุณเข้าสู่โลกแห่ง binary trees และอื่น ๆ ที่จะทำให้ความสามารถเขียนโปรแกรมของคุณพัฒนาไปอีกขั้น อย่าปล่อยให้ปริศนาโค้ดกลายเป็นอุปสรรค เรียนรู้และปลุกปั้นพลังในการเขียนโปรแกรมภายใต้การอบรมที่ EPT ที่รอให้คุณได้ค้นพบโอกาสแห่งอนาคต สมัครเรียนได้แล้ววันนี้!
หมายเหตุ: ข้อมูลในบทความนี้อาจจะผิด โปรดตรวจสอบความถูกต้องของบทความอีกครั้งหนึ่ง บทความนี้ไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงใด ๆ ได้ ทาง EPT ไม่ขอยืนยันความถูกต้อง และไม่ขอรับผิดชอบต่อความเสียหายใดที่เกิดจากบทความชุดนี้ทั้งทางทรัพย์สิน ร่างกาย หรือจิตใจของผู้อ่านและผู้เกี่ยวข้อง
หากเจอข้อผิดพลาด หรือต้องการพูดคุย ติดต่อได้ที่ https://m.me/expert.Programming.Tutor/
หากมีข้อผิดพลาด/ต้องการพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทความนี้ กรุณาแจ้งที่ http://m.me/Expert.Programming.Tutor
085-350-7540 (DTAC)
084-88-00-255 (AIS)
026-111-618
หรือทาง EMAIL: NTPRINTF@GMAIL.COM