¿Cómo implementar un árbol binario?

¿Cuál es la mejor estructura de datos que se puede utilizar para implementar un árbol binario en Python?

Aquí está mi implementación recursiva simple del árbol de búsqueda binaria.

#!/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)

Lea más sobre esto aquí: -Esta es una implementación muy simple de un árbol binario.

Este es un buen tutorial con preguntas intermedias.

[Lo que necesita para las entrevistas] Una clase de nodo es la estructura de datos suficiente para representar un árbol binario.

(Si bien otras respuestas son en su mayoría correctas, no son necesarias para un árbol binario: no es necesario extender la clase de objeto, no es necesario ser un BST, no es necesario importar deque).

class Node:

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

A continuación se muestra un ejemplo de un árbol:

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

En este ejemplo, n1 es la raíz del árbol que tiene n2, n3 como hijos.

Implementación simple de BST en 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)

Una forma muy rápida y sucia de implementar un árbol binario usando listas. No es el más eficiente ni maneja valores nulos demasiado bien. Pero es muy transparente (al menos para mí):

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

Construyendo un árbol a partir de un iterable:

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

Atravesando un árbol:

 >>> 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'])

No puedo evitar notar que la mayoría de las respuestas aquí implementan un árbol de búsqueda binaria. Árbol de búsqueda binaria! = Árbol binario.

• Un árbol de búsqueda binaria tiene una propiedad muy específica: para cualquier nodo X, la clave de X es más grande que la clave de cualquier descendiente de su hijo izquierdo y más pequeña que la clave de cualquier descendiente de su hijo derecho.

• Un árbol binario no impone tal restricción. Un árbol binario es simplemente una estructura de datos con un elemento 'clave' y dos hijos, digamos 'izquierda' y 'derecha'.

• Un árbol es un caso aún más general de un árbol binario donde cada nodo puede tener un número arbitrario de hijos. Normalmente, cada nodo tiene un elemento "secundario" que es de tipo lista / matriz.

Ahora, para responder a la pregunta del OP, incluyo una implementación completa de un árbol binario en Python. La estructura de datos subyacente que almacena cada BinaryTreeNode es un diccionario, dado que ofrece búsquedas óptimas de O (1). También he implementado recorridos en profundidad y en amplitud. Estas son operaciones muy comunes que se realizan en árboles.

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

no necesitas tener dos clases

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 poco más "Pythonic"?

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 Nodeclase basada en nodos conectados es un enfoque estándar. Estos pueden ser difíciles de visualizar.

Motivado a partir de un ensayo sobre patrones de Python: implementación de gráficos , considere un diccionario simple:

Dado

Un árbol binario

               a
              / \
             b   c
            / \   \
           d   e   f

Código

Haz un diccionario de nodos únicos :

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

Detalles

• Cada par clave-valor es un nodo único que apunta a sus hijos.
• Una lista (o tupla) contiene un par ordenado de hijos de izquierda / derecha.
• Con un dict que tiene una inserción ordenada , suponga que la primera entrada es la raíz.
• Los métodos comunes pueden ser funciones que mutan o atraviesan el diccionario (ver find_all_paths()).

Las funciones basadas en árboles a menudo incluyen las siguientes operaciones comunes:

• transversal : cede cada nodo en un orden dado (generalmente de izquierda a derecha)
  • búsqueda primero en amplitud (BFS): niveles de recorrido
  • búsqueda en profundidad primero (DFS): cruzar ramas primero (pre / en / post-orden)
• insertar : agrega un nodo al árbol dependiendo del número de hijos
• eliminar : eliminar un nodo según la cantidad de hijos
• actualización : fusionar los nodos que faltan de un árbol al otro
• visita : arroja el valor de un nodo atravesado

Intente implementar todas estas operaciones. Aquí demostramos una de estas funciones: un recorrido BFS:

Ejemplo

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']

Este es un algoritmo de búsqueda en amplitud (orden de nivel) aplicado a un diccionario de nodos y elementos secundarios.

1. Inicialice una cola FIFO . Usamos a deque, pero a queueo a listfunciona (este último es ineficiente).
2. Obtenga y ponga en cola el nodo raíz (asume que la raíz es la primera entrada en el diccionario, Python 3.6+).
3. Retirar iterativamente un nodo, poner en cola sus hijos y generar el valor del nodo.

Consulte también este tutorial detallado sobre árboles.

Visión

Algo grandioso acerca de los recorridos en general, podemos alterar fácilmente el último enfoque iterativo de búsqueda en profundidad (DFS) simplemente reemplazando la cola con una pila (también conocida como Cola LIFO). Esto simplemente significa que sacamos de la cola del mismo lado que ponemos en cola. DFS nos permite buscar en cada rama.

¿Cómo? Como estamos usando a deque, podemos emular una pila cambiando node = q.popleft()a node = q.pop()(derecha). El resultado es una derecha favorecida, DFS pre-ordenada : ['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

Esta implementación admite operaciones de inserción, búsqueda y eliminación sin destruir la estructura del árbol. Este no es un árbol equilibrado.

# 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))

Sé que ya se han publicado muchas soluciones buenas, pero generalmente tengo un enfoque diferente para los árboles binarios: ir con alguna clase de nodo e implementarlo directamente es más legible, pero cuando tienes muchos nodos puede volverse muy codicioso con respecto a la memoria, así que sugiera agregar una capa de complejidad y almacenar los nodos en una lista de Python, y luego simular el comportamiento de un árbol usando solo la lista.

Aún puede definir una clase Node para finalmente representar los nodos en el árbol cuando sea necesario, pero mantenerlos en una forma simple [valor, izquierda, derecha] en una lista usará la mitad de la memoria o menos.

Este es un ejemplo rápido de una clase de árbol de búsqueda binaria que almacena los nodos en una matriz. Proporciona funciones básicas como agregar, eliminar, buscar ...

"""
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

Agregué un atributo principal para que pueda eliminar cualquier nodo y mantener la estructura BST.

Lo siento por la legibilidad, especialmente por la función "eliminar". Básicamente, cuando se elimina un nodo, sacamos la matriz de árbol y la reemplazamos con el último elemento (excepto si quisiéramos eliminar el último nodo). Para mantener la estructura BST, el nodo eliminado se reemplaza con el máximo de sus hijos izquierdos o el mínimo de sus hijos derechos y se deben realizar algunas operaciones para mantener los índices válidos pero es lo suficientemente rápido.

Usé esta técnica para cosas más avanzadas para construir algunos diccionarios de palabras grandes con un trie de base interno y pude dividir el consumo de memoria entre 7-8 (puede ver un ejemplo aquí: https://gist.github.com/fbparis / b3ddd5673b603b42c880974b23db7cda )

Una buena implementación del árbol de búsqueda binaria , tomada de aquí :

'''
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()

Quiero mostrar una variación del método de @ apadana, que es más útil cuando hay una cantidad considerable de nodos:

'''
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()

Árbol binario en 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)