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  • 树-二叉平衡树AVL

    基本概念

    AVL树:树中任何节点的两个子树的高度最大差别为1。

    AVL树的查找、插入和删除在平均和最坏情况下都是O(logn)。

    AVL实现

    AVL树的节点包括的几个组成对象:
    (01) key -- 是关键字,是用来对AVL树的节点进行排序的。
    (02) left -- 是左孩子。
    (03) right -- 是右孩子。
    (04) height -- 是高度。即空的二叉树的高度是0,非空树的高度等于它的最大层次(根的层次为1,根的子节点为第2层,依次类推)。

    AVL旋转算法

    AVL失衡四种形态:

    LL(根的左子树的左子树高):根节点的左子树的左子树还有非空子节点,导致"根的左子树的高度"比"根的右子树的高度"大2。

    LR(根的左子树的右子树高):根节点的左子树的右子树还有非空子节点,导致"根的左子树的高度"比"根的右子树的高度"大2。

    RL(根的右子树的左子树高):根节点的右子树的左子树还有非空子节点,导致"根的右子树的高度"比"根的左子树的高度"大2。

    RR(根的右子树的右子树高):根节点的右子树的右子树还有非空子节点,导致"根的右子树的高度"比"根的左子树的高度"大2。

    旋转算法实现

    1 LL(一步到位)

    LL失去平衡的情况,可以通过一次旋转让AVL树恢复平衡。如下图:

    图中左边是旋转之前的树,右边是旋转之后的树。从中可以发现,旋转之后的树又变成了AVL树,而且该旋转只需要一次即可完成。
    对于LL旋转,你可以这样理解为:LL旋转是围绕"失去平衡的AVL根节点"进行的,也就是节点k2;而且由于是LL情况,即左左情况,就用手抓着"左孩子,即k1"使劲摇。将k1变成根节点,k2变成k1的右子树,"k1的右子树"变成"k2的左子树"。

    /*
    * LL:左左对应的情况(左单旋转)。
    *
    * 返回值:旋转后的根节点
    */
    static Node* left_left_rotation(AVLTree k2)
    {
        AVLTree k1;

        k1 = k2->left;
        k2->left = k1->right;
        k1->right = k2;

        k2->height = MAX( HEIGHT(k2->left), HEIGHT(k2->right)) + 1;
        k1->height = MAX( HEIGHT(k1->left), k2->height) + 1;

        return k1;
    }

    2 RR(一步到位)

    理解了LL之后,RR就相当容易理解了。RR是与LL对称的情况!RR恢复平衡的旋转方法如下:

    图中左边是旋转之前的树,右边是旋转之后的树。RR旋转也只需要一次即可完成。

    /*
    * RR:右右对应的情况(右单旋转)。
    *
    * 返回值:旋转后的根节点
    */
    static Node* right_right_rotation(AVLTree k1)
    {
        AVLTree k2;

        k2 = k1->right;
        k1->right = k2->left;
        k2->left = k1;

        k1->height = MAX( HEIGHT(k1->left), HEIGHT(k1->right)) + 1;
        k2->height = MAX( HEIGHT(k2->right), k1->height) + 1;

        return k2;
    }

    3 LR(两步旋转RR->LL)

    LR失去平衡的情况,需要经过两次旋转才能让AVL树恢复平衡。如下图:


    第一次旋转是围绕"k1"进行的"RR旋转",第二次是围绕"k3"进行的"LL旋转"。

    /*
    * LR:左右对应的情况(左双旋转)。
    *
    * 返回值:旋转后的根节点
    */
    static Node* left_right_rotation(AVLTree k3)
    {
        k3->left = right_right_rotation(k3->left);

        return left_left_rotation(k3);
    }

    4 RL(两步旋转LL->RR)

    RL是与LR的对称情况!RL恢复平衡的旋转方法如下:

    第一次旋转是围绕"k3"进行的"LL旋转",第二次是围绕"k1"进行的"RR旋转"。

    /*
    * RL:右左对应的情况(右双旋转)。
    *
    * 返回值:旋转后的根节点
    */
    static Node* right_left_rotation(AVLTree k1)
    {
        k1->right = left_left_rotation(k1->right);

        return right_right_rotation(k1);
    }

    AVL操作

    插入

    步骤1:递归插入到左子树或右子树(left<root<right);

    步骤2:比较左右子树高度来确定AVL失衡处理类型:

    插入到左子树,就有LL和LR:通过left<root<right确定;

    插入到右子树,就有RL和RR:通过left<root<right确定;

    步骤3:修正树高。

    删除

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