Como implementar uma árvore binária?

Qual é a melhor estrutura de dados que pode ser usada para implementar uma árvore binária em Python?

Aqui está minha implementação recursiva simples da árvore de pesquisa binária.

#!/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)

Leia mais sobre isso aqui: -Esta é uma implementação muito simples de uma árvore binária.

Este é um bom tutorial com perguntas entre

[O que você precisa para entrevistas] Uma classe Node é a estrutura de dados suficiente para representar uma árvore binária.

(Embora outras respostas estejam corretas, elas não são necessárias para uma árvore binária: não há necessidade de estender a classe de objeto, não há necessidade de ser um BST, não há necessidade de importar deque).

class Node:

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

Aqui está um exemplo de árvore:

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

Neste exemplo, n1 é a raiz da árvore tendo n2, n3 como seus filhos.

Implementação simples de BST em 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)

Uma maneira muito rápida e suja de implementar uma árvore binária usando listas. Não é o mais eficiente, nem lida muito bem com valores nulos. Mas é muito transparente (pelo menos para mim):

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

Construindo uma árvore a partir de um iterável:

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

Atravessando uma árvore:

 >>> 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'])

Não posso deixar de notar que a maioria das respostas aqui estão implementando uma árvore de busca binária. Árvore de pesquisa binária! = Árvore binária.

• Uma árvore de busca binária tem uma propriedade muito específica: para qualquer nó X, a chave de X é maior que a chave de qualquer descendente de seu filho esquerdo e menor que a chave de qualquer descendente de seu filho direito.

• Uma árvore binária não impõe tal restrição. Uma árvore binária é simplesmente uma estrutura de dados com um elemento 'chave' e dois filhos, digamos 'esquerda' e 'direita'.

• Uma árvore é um caso ainda mais geral de uma árvore binária em que cada nó pode ter um número arbitrário de filhos. Normalmente, cada nó possui um elemento 'filho' que é do tipo lista / matriz.

Agora, para responder à pergunta do OP, estou incluindo uma implementação completa de uma árvore binária em Python. A estrutura de dados subjacente que armazena cada BinaryTreeNode é um dicionário, visto que oferece pesquisas O (1) ideais. Eu também implementei travessias em primeiro lugar e em profundidade. Essas são operações muito comuns realizadas em árvores.

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

você não precisa ter duas classes

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()

Um pouco mais "Pythônico"?

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=' ')

Uma Nodeclasse baseada em nós conectados é uma abordagem padrão. Isso pode ser difícil de visualizar.

Motivado por um ensaio sobre Python Patterns - Implementing Graphs , considere um dicionário simples:

Dado

Uma árvore binária

               a
              / \
             b   c
            / \   \
           d   e   f

Código

Faça um dicionário de nós únicos :

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

Detalhes

• Cada par de valor-chave é um nó exclusivo apontando para seus filhos.
• Uma lista (ou tupla) contém um par ordenado de filhos esquerdo / direito.
• Com um dicionário tendo inserção ordenada , suponha que a primeira entrada seja a raiz.
• Os métodos comuns podem ser funções que alteram ou atravessam o dict (consulte Recursos find_all_paths()).

As funções baseadas em árvore geralmente incluem as seguintes operações comuns:

• atravessar : produz cada nó em uma determinada ordem (geralmente da esquerda para a direita)
  • pesquisa em largura (BFS): níveis transversais
  • pesquisa em profundidade (DFS): atravessa os ramos primeiro (pré- / em / pós-pedido)
• inserir : adiciona um nó à árvore dependendo do número de filhos
• remove : remove um nó dependendo do número de filhos
• atualização : mesclar os nós ausentes de uma árvore para a outra
• visita : produz o valor de um nó percorrido

Tente implementar todas essas operações. Aqui, demonstramos uma dessas funções - uma passagem BFS:

Exemplo

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 é um algoritmo de pesquisa em amplitude (ordem de nível) aplicado a um dicionário de nós e filhos.

1. Inicialize uma fila FIFO . Usamos a deque, mas a queueou a listfunciona (o último é ineficiente).
2. Obtenha e enfileire o nó raiz (assume que a raiz é a primeira entrada no dicionário, Python 3.6+).
3. Retire a fila iterativamente de um nó, enfileire seus filhos e produza o valor do nó.

Veja também este tutorial detalhado sobre árvores.

Discernimento

Algo ótimo sobre travessias em geral, podemos facilmente alterar a última abordagem iterativa para pesquisa em profundidade (DFS) simplesmente substituindo a fila por uma pilha (também conhecida como Fila LIFO). Isso significa simplesmente que retiramos da fila do mesmo lado que enfileiramos. O DFS nos permite pesquisar cada ramo.

Quão? Como estamos usando um deque, podemos emular uma pilha mudando node = q.popleft()para node = q.pop()(direita). O resultado é um direito favorecida, DFS pré-encomendado : ['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 implementação suporta operações de inserção, localização e exclusão sem destruir a estrutura da árvore. Esta não é uma árvore banlançada.

# 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))

Eu sei que muitas boas soluções já foram postadas, mas geralmente tenho uma abordagem diferente para árvores binárias: ir com alguma classe de Node e implementá-la diretamente é mais legível, mas quando você tem muitos nós, pode se tornar muito ganancioso em relação à memória, então eu sugerir adicionar uma camada de complexidade e armazenar os nós em uma lista python e, em seguida, simular um comportamento de árvore usando apenas a lista.

Você ainda pode definir uma classe Node para finalmente representar os nós na árvore quando necessário, mas mantê-los em uma forma simples [valor, esquerda, direita] em uma lista usará metade da memória ou menos!

Aqui está um exemplo rápido de uma classe Binary Search Tree armazenando os nós em um array. Ele fornece funções básicas, como adicionar, remover, localizar ...

"""
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

Eu adicionei um atributo pai para que você possa remover qualquer nó e manter a estrutura BST.

Desculpe pela legibilidade, especialmente pela função "remover". Basicamente, quando um nó é removido, retiramos o array da árvore e o substituímos pelo último elemento (exceto se quisermos remover o último nó). Para manter a estrutura do BST, o nó removido é substituído pelo máximo de seus filhos esquerdos ou min de seus filhos direitos e algumas operações devem ser feitas para manter os índices válidos, mas é rápido o suficiente.

Eu usei esta técnica para coisas mais avançadas para construir alguns dicionários de palavras grandes com um trie interno e fui capaz de dividir o consumo de memória por 7-8 (você pode ver um exemplo aqui: https://gist.github.com/fbparis / b3ddd5673b603b42c880974b23db7cda )

Uma boa implementação da árvore de pesquisa binária , tirada daqui :

'''
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()

Quero mostrar uma variação do método de @apadana, que é mais útil quando há um número considerável de nós:

'''
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()

Árvore binária em 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)