平衡二叉树

查找树

平衡二叉树先是一颗查找树,所以先从查找树的性质讲起。

查找树的递归定义是,每个节点的左孩子值不大于它、右孩子不小于它,由此构成的二叉树即为查找树。据此性质,在插入或查找时,从根节点向下逐一比较,即可找到相应的插入或查找的位置。

查找树


在极端情况下,比如连续插入依次递增或递减的节点,查找树将退化成链表,复杂度从o(lgn)退化成o(n),为避免这种情况,我们需要在查找树的基础上加上限制条件…

退化成链表的情况

平衡二叉树

平衡二叉树有多种,只因各自的限制条件不尽相同,这里只讲AVL树。

AVL树而言,每个节点左右孩子的树高差不超过1,否则需要旋转树达到平衡。

平衡二叉树

在假定除根节点外的每个节点都达到平衡的情况下,该树只有四种不平衡的状态:

i.左子树比右子树高(默认都是高2个单位以上的,下同),且左子树的左树高

ii.右子树比左子树高,且右子树的右树高

iii.左子树比右子树高,且左子树的右树高

iv.右子树比左子树高,且右子树的左树高

平衡操作

我们分情况讨论,并使树重新达到平衡。

i.右旋

情况1

对于情况1,我们仅仅需要一次右旋操作即可,大家可以把树想得十分柔软,在重力的作用下自然下垂,然后我们把B节点用力提起,这棵树就成了下图的样子…

右旋后

ii.左旋

情况2

情况2与情况1是对称的,进行的操作也类似,只需一次左旋操作即可使树重新达到平衡。

左旋后

iii.左右双旋

情况3

情况3比前面两种略微复杂,需要两次旋转操作才能使树重新达到平衡。我们先将目光移到A节点的左树,然后以该子树为基础做左旋操作,如情况2所示,于是我们得到下图,

左子树左旋

由于根节点左子树本来就是平衡的,所以左旋之后依然平衡,不过此时左子树的左树已经比右树高了,于是我们将情况3转化成了情况1,再对整颗树做一次右旋操作即可。

整树右旋

iv.右左双旋

情况4

情况4与情况3对称,也是先通过右旋将情况4转换成情况2,再左旋重新达到平衡,所以不再赘述。

插入

如果树不存在节点,那么新节点为根节点,否则依照查找树的性质从根节点开始向下比较,直至到达末尾节点,此时新节点作为树的叶子节点,然后从新节点开始向上回溯,平衡每个回溯的节点,直到将整颗树平衡。插入前的树是平衡的,易证每个回溯节点的左右子树都是平衡的,参考上节平衡二叉树的四种基本情况即可平衡回溯节点,从而当回溯到根节点时,我们即可平衡整颗二叉树。

删除

在删除之前,我们需要依照查找树的性质定位到删除节点,即查找操作,找到删除节点后,如果为叶子节点,直接删除,否则从左子树或者右子树中选择一个替换节点,替代删除节点的位置,一般选择树高最大的那颗。如果是左子树,那么寻找子树值最大的节点,否则寻找右子树最小的节点作为替换节点,这是为了避免破坏查找树的性质而做出的必然选择。值得一提的是,在取下替换节点时,如果替换节点存在子树,这颗子树的根节点应当替代替换节点的位置。

我们使用替换节点替换删除节点的位置后,就应该从替换节点(替换节点原来的父节点)的父节点开始平衡二叉树了。与插入时平衡二叉树类似,由于删除之前就是平衡的,所以向上回溯时节点的子树都是平衡的,最后回溯至根节点,我们即可重新平衡整颗二叉树。

参考资料

为了解平衡二叉树,我从网上参考了一些事例,感觉说的不是很清楚,几乎都只是摆出了针对四种情况的旋转操作,并没有指出它们和插入删除之间的联系,让人觉得很迷惑,最后在家翻看了之前的教材(清华大学出版的《数据结构》)才明白了一点,那个将树提起来的想法就是参考这本书的描述,我觉得非常形象易懂…最后给出我实现此树的源码:

http://download.csdn.net/detail/u012129163/9885262  

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 198,932评论 5 466
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 83,554评论 2 375
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 145,894评论 0 328
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 53,442评论 1 268
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 62,347评论 5 359
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 47,899评论 1 275
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,325评论 3 390
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,980评论 0 254
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,196评论 1 294
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,163评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,085评论 1 328
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,826评论 3 316
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,389评论 3 302
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,501评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,753评论 1 255
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,171评论 2 344
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 41,616评论 2 339

推荐阅读更多精彩内容