数据结构--AVL树的插入和四种自旋方式

参考原视频:https://www.icourse163.org/learn/ZJU-93001?tid=1003013004#/learn/content?type=detail&id=1004242207

AVL树,又名平衡二叉树,是一种计算机科学中最先发明的自平衡二叉树。

emmm,要知道什么是平衡二叉树,先说说二叉搜索树吧,

那二叉搜索树是什么呢?

我们先定义一个树节点:

struct node{

int data;

    node *left;

    node *right;

};

先看图1说明,当把5作为中心节点时,2是5的左分叉,那么2小于5;同时8是5的右分叉,而8大于5,所有的中心节点和左右分叉的关系都是这样的。

这就是所谓的二叉搜索树。

而AVL树就是二叉树的升级,可以看到右图是一棵普通的二叉树,树的左右分叉不是很平衡,左边密集右边稀疏,这样会导致搜索的效率降低,所有就诞生了AVL树!


图1

AVL树为什么叫AVL呢,因为它的发明者的名字叫Adelson Velsky和E. M. Landis。

那么让我们着重来探讨以下AVL树是如何实现自平衡的吧。

原理很简单:

每次插入一个新的节点时,如果存在某个节点的平衡被破坏(左子树与右子树的树高之差大于1),那么就检测被破坏时,插入点(麻烦制造者)的位置与该节点(被破坏者)的位置关系,进行相应的自选方式。

因此,AVL树的节点需要新加一个树高参数。

故新的node如下:

struct node{   

        int data;

        node *left;

        node *right;

        int height;   

node(){};

node(int x):data(x),left(NULL),right(NULL),height(1){}

};

typedef  node* AVLtree 真正定义了AVL树

如何更新树高呢?

int GetHeight(AVLtree a){

if(a==NULL)return 0;

    a->height=max(GetHeight(a->left),GetHeight(a->right))+1;

    return a->height;

}

如果在外面使用

GetHeight(t)

就可以把AVL树 t 的所有节点的树高都更新一遍。

所以,如何检验节点(node *)t是否平衡呢?

if(abs(GetHeight(t->left)-GetHeight(t->right))>1)

只需这么一个简单的if条件判断即可。

现在我们来到了最难的部分,自旋方式吧。

先说说LL旋转(左单旋),

条件:麻烦制造者位于被破坏者的左子树的左分叉部分


图2

如图2所示,那么我们所要做的就是把三者的中间节点70提起来,让70成为老大!

原来的88变成了70的右儿子了。

让我们看一看更复杂的情况

图3

如图3所示,我们将新节点插入于BL部分,导致A被破坏了,所以我们进行了LL旋转,可以看到,当我们对A进行LL旋转时,其实是将BL----B-----A进行了向右的拉扯,或者更像是顺时针的旋转,那这个旋转的名字却叫左单旋!左是根据麻烦制造者BL相对A的位置命名的!

那么如何用代码实现呢?

AVLtree L_rotation(AVLtree t){

AVLtree root=t->left;

    t->left=root->right;

    root->right=t;

    return root;

}

RR旋转(右单旋)与左单旋十分类似,只不过麻烦制造者位于被破坏者右子树的右分叉部分罢了。代码就不给大家了,给两张图感受感受

图4


图5

下面来说说更复杂的旋转

RL旋转,

条件:麻烦制作者位于被破坏者的右子树的左分叉部分


图6

如图6,插入了90之后,70的平衡被破坏了,所以让我们聚焦70,96,88这三点(被破坏者,被破坏者的右子树的根节点,右子树的左子树的根节点),需要把三个节点的中间值,也就是88提起来做老大,如何70做88的左儿子,96做右儿子。而88原来的左子树,成了70的右子树,88原来的右子树,成了96的左子树。


如果用代码实现,则更简单了(前提是已经实现了LL旋转和RR旋转)


如果是RL旋转某一棵树t,只需先对t的右子树进行一次LL旋转,再对t进行一次RR旋转,大家自己画个草图看看是不是这么一回事!

所以两行代码就好了

AVLtree RL_rotation(AVLtree t){

t->right=L_rotation(t->right);

    return R_rotation(t);

}

好了,讲完了RL旋转,LR旋转也就都会了吧(大概吧。。。

所以,我们可以看到,AVL树在插入的过程会不断地旋转,导致其根节点不停改变???好像还没讲插入,下面给出插入的代码,根据插入的代码,自行写出删除的代码,完结!!

AVLtree insert(AVLtree t,int x){

        if(t==NULL){ t=new node(x); return t; }

        if(x<t->data){//左树

                    t->left=insert(t->left,x);

                    GetHeight(t);

                   if(GetHeight(t->left)-GetHeight(t->right)>1){//not balance

                                    if(x<t->left->data){ t=L_rotation(t); }

                                     else if(x>t->left->data){ t=LR_rotation(t); }

                  }

         } else if(x>t->data){

                    t->right=insert(t->right,x);

                    GetHeight(t);

                   if(GetHeight(t->right)-GetHeight(t->left)>1){

                                if(x>t->right->data){ t=R_rotation(t); }

                                else if (x<t->right->data){ t=RL_rotation(t); }

                    }

     }

      return t;

}

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