二叉搜索树:平衡的艺术

最近一段时间,一时兴起,重新刷了leetcode,顺便重新温习二叉搜索树相关的知识,对它的理解更上一层楼。二叉搜索树是非常优雅的数据结构,有非常出色的时间复杂度,而且应用也非常广泛!

每种数据结构都有它独特的特性。跟数组和链表相比, 二叉搜索树的优势在哪里? 那么二叉搜索树的用途是什么? 最后一个比较深刻的问题: 二叉搜索树的本质是什么? 

要回答这个问题, 我们先看看数组、链表、二叉搜索树有哪些特性,以及它们的比较。

下面, 考虑一个场景: 

一组已顺序排序的整数序列, 分别用 数组, 链表, 二叉搜索树 存储, get, insert, delete 操作的时间复杂度分别是多少。

现在定义如下函数:

get(int value);

insert(int value);// 插入一个值,整数序列仍然是顺序排序 

delete(int value);// 删除一个值,整数序列仍然是顺序排序 

不同的存储结构,时间复杂度分别如下:

数组:时间复杂度O(log2n), insert时间复杂度O(n),delete时间复杂度O(n)

链表:get时间复杂度O(n), insert时间复杂度O(n),delete时间复杂度O(n) 

二叉搜索树:get时间复杂度O(log2n), insert时间复杂度O(log2n),delete时间复杂度O(log2n)(这里有一个前提:该二叉搜索树是平衡的)

对于顺序序列的数据操作, 二叉搜索树简直吊打数组和链表。 

但是仔细分析,其实二叉搜索树是数组和链表的集大成者, 吸收其精华!

数组最大的特性是连续存储, 基于这个特性, 可以利用二分查找, 使get复杂度为O(log2n)。 而二叉搜索树的get操作从本质上来说也是二分查找, 从这一点来说和数组的二分查找有异曲同工之妙!

而二叉搜索树利用了链表的特性(已知一个节点,insert和delete的时间复杂度为O(1)), 使得insert和delete时间复杂度都为O(log2n)。

所以, 二叉搜索树的本质是: 集成了数组和链表的优势, 是一种艺术的平衡

正是因为二叉搜索树有太优秀的时间复杂度, 具有广泛的应用。 如:基于二叉树的红黑树和AVL树,在操作系统, 数据库等领域有广泛的应用。

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