<em>Mac</em>Book项目 2009年学校开始实施<em>Mac</em>Book项目,所有师生配备一本<em>Mac</em>Book,并同步更新了校园无线网络。学校每周进行电脑技术更新,每月发送技术支持资料,极大改变了教学及学习方式。因此2011
2021-06-01 09:32:01
二元搜尋樹可以縮短查詢的效率,如果資料有序或接近有序二元搜尋樹將退化為單支樹,查詢元素相當於在順序表中搜尋元素,效率低下時間複雜度:O(N)
兩位俄羅斯的數學家G.M.Adelson-Velskii和E.M.Landis在1962年 發明了一種解決上述問題的方法:當向二元搜尋樹中插入新結點後,如果能保證每個結點的左右子樹高度之差的絕對值不超過1(對樹中的結點進行調整),即為AVl樹以他們的名字縮寫命名也可以叫高度二元搜尋樹
一棵AVL樹或者是空樹,或者是具有以下性質的二元搜尋樹,它就是AVL樹。
如果AVl樹有n個結點,其高度可保持在O(logN) ,搜尋時間複雜度O(logN),為什麼?
答:左右子樹高度之差的絕對值不超過1,那麼只有最後一層會差一部分的節點;
template<class K, class V> struct AVLtreeNode { //節點建構函式 AVLtreeNode(const pair<K, V>& kv) :_left(nullptr) ,_right(nullptr) ,_parent(nullptr) ,_bf(0) ,_kv(kv) {} //節點的成員 //三叉鏈 AVLtreeNode<K, V>* _left; AVLtreeNode<K, V>* _right; AVLtreeNode<K, V>* _parent; int _bf;//平衡因子 //資料使用庫裡面的pair類儲存的kv pair<K, V> _kv; }; template<class K,class V> class AVLtree { typedef AVLtreeNode<K, V> Node; public: //建構函式 AVLtree() :_root(nullptr) {} //四種旋轉 void RotateL(Node* parent) void RotateR(Node* parent) void RotateLR(Node* parent) void RotateRL(Node* parent) //插入 bool Insert(const pair<K, V>& kv) //尋找 Node* Find(const K& kv) private: Node* _root; };
三叉鏈是什麼?
bool Insert(const pair<K, V>& kv) { if (_root == nullptr) { _root = new Node(kv); return true; } Node* parent = _root, *cur = _root; while (cur) { //找nulptr,如果已經有這個key了,二元搜尋樹的特性不支援冗餘,所以返回失敗 if (cur->_kv.first > kv.first) { parent = cur; cur = cur->_left; } else if (cur->_kv.first <kv.first) { parent = cur; cur = cur->_right; } else { return false; } } // cur = new Node(kv); //判斷孩子在父親的左邊還是右邊 if (cur->_kv.first > parent->_kv.first) { parent->_right = cur; cur->_parent = parent; } else { parent->_left = cur; cur->_parent = parent; } while (parent) { //影響一條路徑所有的祖先 if (parent->_right == cur) parent->_bf++; else parent->_bf--; if (parent->_bf == 0) { //左右平衡了不會再影響祖先了 break; } if (parent->_bf == 1 || parent->_bf == -1) { //當前節點所在子樹變了,會影響父親 // 繼續往上更新 cur = parent; parent = parent->_parent; } else if (parent->_bf == 2 || parent->_bf == -2) { //parent所在子樹已經不平衡,需要旋轉處理一下 if (parent->_bf == -2) { if (cur->_bf == -1) // 右單旋 RotateR(parent); else // cur->_bf == 1 RotateLR(parent); } else // parent->_bf == 2 { if (cur->_bf == 1) // 左單旋 RotateL(parent); else // cur->_bf == -1 RotateRL(parent); } break; } else { // 插入節點之前,樹已經不平衡了,或者bf出錯。需要檢查其他邏輯 assert(false); } } return true; }
插入整體邏輯:
節點右子樹最長路徑-左子樹最長路徑,右邊插入節點就+,左邊插入節點就-;
void RotateR(Node* parent) { //軸點的左,孩子節點 Node* subL = parent->_left; //孩子節點的右 Node* subLR = subL->_right; //我的右當你(軸點)的左 parent->_left = subLR; //調整三叉鏈 if (subLR) subLR->_parent = parent; //你(軸點)做我的右 subL->_right = parent; //調整三叉鏈 Node* parentParent = parent->_parent; parent->_parent = subL; if (parent == _root) { _root = subL; _root->_parent = nullptr; } else { //軸點的父親新的孩子節點 if (parentParent->_left == parent) parentParent->_left = subL; else parentParent->_right = subL; subL->_parent = parentParent; } subL->_bf = parent->_bf = 0; }
void RotateL(Node* parent) { //軸點的右,孩子節點 Node* subR = parent->_right; //孩子節點的左 Node* subRL = subR->_left; //我的左當你(軸點)的右 parent->_right = subRL; //調整三叉鏈 if (subRL) { subRL->_parent = parent; } //你(軸點)做我的左 subR->_left = parent; Node* parentparent = parent->_parent; parent->_parent = subR; if (parent == _root) { if (parentparent->_left == parent) parentparent->_left = subR; else parentparent->_right = subR; subR->_parent = parentparent; } else { subR->_parent = nullptr; _root = subR; } subR->_bf = parent->_bf = 0; }
void RotateLR(Node* parent) { Node* subL = parent->_left; Node* subLR = subL->_right; int bf = subLR->_bf; RotateL(parent->_left); RotateR(parent); // ...平衡因子調節還需要具體分析 if (bf == -1) { subL->_bf = 0; parent->_bf = 1; subLR->_bf = 0; } else if (bf == 1) { parent->_bf = 0; subL->_bf = -1; subLR->_bf = 0; } else if (bf == 0) { parent->_bf = 0; subL->_bf = 0; subLR->_bf = 0; } else { assert(false); } }
依靠3個被改變節點中最後一個來判斷
void RotateRL(Node* parent) { Node* subR = parent->_right; Node* subRL = subR->_left; int bf = subRL->_bf; RotateR(parent->_right); RotateL(parent); // 平衡因子更新 if (bf == 1) { subR->_bf = 0; parent->_bf = -1; subRL->_bf = 0; } else if (bf == -1) { parent->_bf = 0; subR->_bf = 1; subRL->_bf = 0; } else if (bf == 0) { parent->_bf = 0; subR->_bf = 0; subRL->_bf = 0; } else { assert(false); } }
AVL樹是一棵絕對平衡的二元搜尋樹,其要求每個節點的左右子樹高度差的絕對值都不超過1,這樣可以保證查詢時高效的時間複雜度,即log2(N)
但是如果要對AVL樹做一些結構修改的操作,效能非常低下,比如:
插入時要維護其絕對平衡,旋轉的次數比較多,更差的是在刪除時,有可能一直要讓旋轉持續到根的位置。因此:如果需要一種查詢高效且有序的資料結構,而且資料的個數為靜態的(即不會改變),可以考慮AVL樹,但一個結構經常修改,就不太適合。
到此這篇關於C++AVL樹4種旋轉(左單旋、右單旋、左右雙旋、右左雙旋)的文章就介紹到這了,更多相關C++AVL樹旋轉內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com!
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