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BPE 7 · J2

Bäume lesen und unterscheiden

Du beschreibst hierarchische Strukturen und unterscheidest binär, geordnet, voll, vollständig und perfekt.

Bildungsplanbezug: BPE 7.3 · interne Lerneinheit 7.3.4

Geschätzte Lernzeit: 55 Minuten

Noch nicht begonnen

Das kannst du danach

  • Wurzel, Eltern, Kinder, Blätter und Kanten bestimmen
  • Ebenen mit Wurzeltiefe 0 zählen
  • Binäre Bäume anhand ihrer Kinderzahl erkennen
  • Geordnete Bäume von Suchbäumen unterscheiden
  • Voll, vollständig und perfekt an Beispielen abgrenzen

Verständlich erklärt

Ein verwurzelter Baum beschreibt eine Hierarchie. Die Wurzel hat keinen Elternknoten; jeder andere Knoten besitzt genau einen. Eine Kante verbindet einen Elternknoten mit einem seiner Kinder. Ein Blatt hat keine Kinder, ein innerer Knoten mindestens eines. Die Tiefe eines Knotens ist die Zahl der Kanten auf seinem Weg von der Wurzel; wir beginnen bei Ebene beziehungsweise Tiefe 0. Ein nichtleerer Baum mit n Knoten besitzt n minus 1 Kanten.

Ein binärer Baum erlaubt höchstens zwei Kinder je Knoten, nicht zwingend genau zwei. In unserer Unterrichtskonvention heißt geordnet: Die Reihenfolge der Kinder ist festgelegt; bei einem binären Baum unterscheiden wir linkes und rechtes Kind. Daraus folgt keine Sortierung der Daten. Ein binärer Suchbaum verlangt eine zusätzliche Regel für die Schlüsselwerte; diese darfst du nicht aus dem Wort geordnet ableiten. Ein voller binärer Baum hat an jedem inneren Knoten genau zwei Kinder. Vollständig bedeutet hier: Alle Ebenen außer möglicherweise der letzten sind vollständig besetzt; die letzte wird lückenlos von links gefüllt. Perfekt bedeutet: Alle inneren Knoten haben zwei Kinder und alle Blätter liegen auf derselben Ebene. Ein perfekter Baum ist damit voll und vollständig; die Umkehrung gilt nicht.

Ein Organigramm kann als Baum gelesen werden, wenn jeder Stelle außer der Leitung genau eine übergeordnete Stelle zugeordnet ist. Für eine Ahnendarstellung wählen wir eine andere Blickrichtung: Eine betrachtete Person ist die Wurzel, ihre Mutter und ihr Vater erscheinen als Kinder der Darstellung. Kinder meint dann Baumkinder, nicht biologische Nachkommen. Wir betrachten eine vereinfachte Ahnensicht ohne zusammengeführte Mehrfachvorkommen; damit behaupten wir nicht, sämtliche Familienbeziehungen in einem Baum abzubilden.

  • Wurzel
  • Elternknoten
  • Kindknoten
  • Blatt
  • Kante
  • Ebene
  • Tiefe
  • binär
  • geordnet
  • voll
  • vollständig
  • perfekt

Beispiel

         R              Ebene 0
       /   \
      A     B           Ebene 1
     / \
    C   D               Ebene 2

Wurzel: R; Blätter: C, D, B; Kanten: 4
D hat Tiefe 2: Weg R -> A -> D.
Binär und voll: jeder innere Knoten hat zwei Kinder.
Vollständig: letzte Ebene von links ohne Lücke gefüllt.
Nicht perfekt: B liegt als Blatt schon auf Ebene 1.
Die Buchstaben behaupten keine Suchbaum-Sortierung.

Typische Fehler

  • Die Ebene der Wurzel ohne angegebene Zählweise mit 1 beginnen
  • Binär mit genau zwei Kindern an jedem Knoten verwechseln
  • Geordnet automatisch als binären Suchbaum lesen
  • Voll, vollständig und perfekt gleichsetzen
  • Baumkinder einer Ahnensicht mit biologischen Nachkommen verwechseln

Kurz zusammengefasst

Lies zuerst die Struktur und die festgelegte Blickrichtung. Prüfe Kinderzahl, Ebenen und Lücken getrennt; geordnete Kinder sind keine automatische Sortierung der Daten.

Abi-Bezug

Begründe jede Eigenschaft mit einer konkreten Stelle im Baum. Nenne bei nicht vollständigen Bäumen die Lücke und bei nicht perfekten Bäumen die verschiedenen Blattebenen.

Jetzt selbst ausprobieren

Prüfe deine Lösung automatisch. Bei Bedarf helfen dir ein Tipp und anschließend die Musterlösung.

BPE 7J21 Punkteleicht

Eine Hierarchie im Organigramm

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Aufgabenstellung

Im vereinfachten Organigramm steht Leitung L über Verwaltung V und Unterricht U. U hat die Kinder F und G. Welche Aussage ist richtig?

Ausgabe bzw. Vorschau

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2 Tipps anzeigen
  1. Lies übergeordnet und untergeordnet aus der beschriebenen Blickrichtung.
  2. Eltern sind unmittelbar übergeordnet; die oberste Stelle ohne Eltern ist die Wurzel.
Lösung anzeigen
Die Wurzel L hat keinen Elternknoten. Die direkte Verbindung von U zu F macht U zum Elternknoten von F; eine benachbarte Stelle ist nicht automatisch ein weiterer Elternknoten.
BPE 7J21 Punkteleicht

Einem Weg im Baum folgen

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Aufgabenstellung

R hat links A und rechts B. A hat links C und rechts D. Beginne bei R, gehe einmal zum linken Kind und dann zum rechten Kind. Gib alle besuchten Knotennamen einschließlich R kommagetrennt an.

Ausgabe bzw. Vorschau

Noch nicht ausgeführt.
2 Tipps anzeigen
  1. Markiere nach jedem Schritt deinen aktuellen Knoten.
  2. Nach dem linken Schritt stehst du bei A; dessen rechtes Kind ist nun gesucht.
Lösung anzeigen
R, A, D. Die zweite Richtungsangabe bezieht sich auf den aktuellen Knoten A, nicht noch einmal auf R.
BPE 7J22 Punktemittel

Kanten in einer Hierarchie zählen

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Aufgabenstellung

Ein nichtleerer verwurzelter Baum enthält genau acht Knoten. Jeder Knoten außer der Wurzel hat genau einen Elternknoten. Wie viele Kanten enthält dieser Baum? Gib nur die Zahl an.

Ausgabe bzw. Vorschau

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2 Tipps anzeigen
  1. Zähle die Elternverbindungen statt alle möglichen Knotenpaare.
  2. Von acht Knoten hat genau einer keine Elternkante.
Lösung anzeigen
7. Jeder der sieben Nichtwurzelknoten besitzt genau eine Verbindung zu seinem Elternknoten. Die Wurzel benötigt keine zusätzliche Elternkante.
BPE 7J22 Punktemittel

Blätter erkennen

Noch nicht begonnen

Aufgabenstellung

R hat die Kinder A und B. A hat C und D als Kinder; B hat nur E als Kind. C, D und E haben keine Kinder. Welche Knoten sind Blätter? Wähle alle richtigen Antworten.

Ausgabe bzw. Vorschau

Noch nicht ausgeführt.
2 Tipps anzeigen
  1. Ein Blatt wird durch seine Kinderzahl beschrieben.
  2. Prüfe für jeden vorgeschlagenen Knoten, ob überhaupt noch ein Kind folgt.
Lösung anzeigen
C, D und E sind Blätter, weil sie keine Kinder haben. B besitzt trotz nur eines Kindes kein Blattmerkmal; die Anzahl seiner Eltern ist dafür nicht entscheidend.
BPE 7J22 Punktemittel

Die Ebene eines Knotens lesen

Noch nicht begonnen

Aufgabenstellung

R ist die Wurzel. R hat links A und rechts B; A hat links C und rechts D, B hat links E. Die Wurzel liegt auf Ebene 0. Welche Knoten liegen auf Ebene 2, von links nach rechts? Antworte kommagetrennt.

Ausgabe bzw. Vorschau

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2 Tipps anzeigen
  1. Zähle die Kanten ab R; der Startknoten selbst hat Tiefe 0.
  2. Gesucht sind die Kinder der Knoten A und B, nicht diese Knoten selbst.
Lösung anzeigen
C, D, E. Eine Ebene tiefer liegen A und B, eine weitere Ebene tiefer ihre genannten Kinder. R wird als Ebene 0 gezählt.
BPE 7J22 Punktemittel

Was binär tatsächlich verlangt

Noch nicht begonnen

Aufgabenstellung

Welche Bedingung muss für einen binären Baum an jedem Knoten gelten?

Ausgabe bzw. Vorschau

Noch nicht ausgeführt.
2 Tipps anzeigen
  1. Das Merkmal bezieht sich auf die Verzweigung an einem Knoten.
  2. Unterscheide höchstens zwei von genau zwei Kindern.
Lösung anzeigen
Binär begrenzt die Kinderzahl auf zwei. Null Kinder sind bei Blättern erlaubt, ein Kind ist ebenfalls möglich. Datenwerte und Höhe sind dadurch nicht auf zwei Möglichkeiten beschränkt.
BPE 7J23 Punkteanspruchsvoll

Geordnet ist nicht automatisch ein Suchbaum

Noch nicht begonnen

Aufgabenstellung

Ein geordneter binärer Baum hat Wurzelwert 8, links den Wert 12 und rechts den Wert 3. Geordnet bedeutet in diesem Kurs eine festgelegte Reihenfolge der Kinder. Welche Aussage stimmt?

Ausgabe bzw. Vorschau

Noch nicht ausgeführt.
2 Tipps anzeigen
  1. Lies die in der Frage ausdrücklich genannte Bedeutung von geordnet.
  2. Kinderpositionen und Vergleiche von Datenwerten sind zwei unterschiedliche Eigenschaften.
Lösung anzeigen
Links und rechts sind festgelegte Positionen. Das macht den Baum in unserer Konvention geordnet. Für einen Suchbaum wären zusätzlich links kleinere und rechts größere Schlüssel nötig; 12 links und 3 rechts verletzen diese zusätzliche Regel.
BPE 7J23 Punkteanspruchsvoll

Voll, vollständig oder perfekt?

Noch nicht begonnen

Aufgabenstellung

Ein binärer Baum ist wie folgt belegt: R hat links A und rechts B; A hat links C und rechts D; B hat nur ein linkes Kind E. C, D und E sind Blätter. Beurteile in dieser Reihenfolge: voll, vollständig, perfekt. Antworte mit drei kommagetrennten ja/nein. Voll: jeder innere Knoten hat genau zwei Kinder. Vollständig: nur letzte Ebene eventuell unvollständig, dort lückenlos links. Perfekt: alle inneren Knoten haben zwei Kinder und alle Blätter dieselbe Tiefe.

Ausgabe bzw. Vorschau

Noch nicht ausgeführt.
2 Tipps anzeigen
  1. Prüfe die Kinderzahl jedes inneren Knotens unabhängig von der Lage der letzten Ebene.
  2. Untersuche besonders B und die unbelegte Position rechts von E. Eine fehlende rechte Endposition ist bei vollständig erlaubt.
Lösung anzeigen
nein, ja, nein. B hat nur ein Kind: nicht voll und nicht perfekt. Die Ebenen 0 und 1 sind voll besetzt; auf Ebene 2 stehen C, D und E in den drei linken Positionen ohne Lücke: vollständig.
BPE 7J23 Punkteanspruchsvoll

Ein voller Baum kann unvollständig sein

Noch nicht begonnen

Aufgabenstellung

R hat links das Blatt A und rechts den inneren Knoten B. B hat links C und rechts D; C und D sind Blätter. Welche Einordnung trifft zu?

Ausgabe bzw. Vorschau

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2 Tipps anzeigen
  1. Prüfe voll nur bei den inneren Knoten; Blätter dürfen null Kinder haben.
  2. Stelle dir alle möglichen Positionen der letzten Ebene von links nach rechts vor.
Lösung anzeigen
Jeder innere Knoten hat zwei Kinder, also ist der Baum voll. Auf der letzten Ebene fehlen jedoch die beiden Positionen unter A, während weiter rechts C und D stehen. Damit ist der Baum nicht vollständig. A hat außerdem eine andere Blattebene als C und D.
BPE 7J23 Punkteanspruchsvoll

Die Blickrichtung einer Ahnensicht

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Aufgabenstellung

Eine vereinfachte Ahnendarstellung beginnt mit Person P. Ihre Mutter M und ihr Vater V werden darunter als Kinder der Darstellung gezeigt; darunter folgen deren Eltern. Mehrfach auftretende Personen werden hier nicht zusammengeführt. Welcher Knoten ist in dieser festgelegten Sicht die Wurzel? Gib nur seinen Buchstaben an.

Ausgabe bzw. Vorschau

Noch nicht ausgeführt.
2 Tipps anzeigen
  1. Die Wurzel ist der Ausgangspunkt der gewählten Darstellung, nicht automatisch die älteste Person.
  2. Hier beginnt die Darstellung ausdrücklich bei der Person, deren Vorfahren betrachtet werden.
Lösung anzeigen
P ist die Wurzel dieser Ahnensicht. M und V sind ihre Baumkinder, obwohl sie biologisch ihre Eltern sind. Die gewählte Blickrichtung bestimmt die Hierarchie; das Alter allein bestimmt die Wurzel nicht.

Lektionsabschluss

Bearbeite Aufgaben, um deine Auswertung zu sehen.