• 软测验点---平衡二叉树



    在平衡二叉树

     

            (Balanced binarytree)是由阿德尔森-维尔斯和兰迪斯(Adelson-Velskii and Landis)于1962年首先提出的,所以又称为AVL树。

            一、平衡二叉树的基本介绍

     

            定义:平衡二叉树或为空树,或为例如以下性质的二叉排序树:

            (1)左右子树深度之差的绝对值不超过1;

            (2)左右子树仍然为平衡二叉树.

            平衡因子BF=左子树深度-右子树深度.

            平衡二叉树每一个结点的平衡因子仅仅能是1。0,-1。

    若其绝对值超过1。则该二叉排序树就是不平衡的。

           查找、插入和删除在平均和最坏情况下都是O(log n)。添加和删除可能须要通过一次或多次树旋转来又一次平衡这个树。

           如图所看到的为平衡树和非平衡树示意图:


     

    (图一左为非平衡二叉树,图一右图为平衡二叉树)

     

           二、平衡二叉树算法思想

           若向平衡二叉树中插入一个新结点后破坏了平衡二叉树的平衡性。首先要找出插入新结点后失去平衡的最小子树根结点的指针。然后再调整这个子树中有关结点之间的链接关系,使之成为新的平衡子树。当失去平衡的最小子树被调整为平衡子树后,原有其它全部不平衡子树无需调整,整个二叉排序树就又成为一棵平衡二叉树。

           失去平衡的最小子树是指以离插入结点近期,且平衡因子绝对值大于1的结点作为根的子树。如果用A表示失去平衡的最小子树的根结点,则调整该子树的操作可归纳为下列四种情况。

           (1)LL型平衡旋转法(右转)

           因为在A的左孩子B的左子树上插入结点F,使A的平衡因子由1增至2而失去平衡。

    故需进行一次顺时针旋转操作。即将A的左孩子B向右上旋转取代A作为根结点。A向右下旋转成为B的右子树的根结点。而原来B的右子树则变成A的左子树。

    图二(1

    图二(2

     

           (2)RR型平衡旋转法(左转)

           因为在A的右孩子C的右子树上插入结点F,使A的平衡因子由-1减至-2而失去平衡。

    故需进行一次逆时针旋转操作。即将A的右孩子C向左上旋转取代A作为根结点,A向左下旋转成为C的左子树的根结点。而原来C的左子树则变成A的右子树。

    图三(1

     

    图三(2

           (3)LR型平衡旋转法(先左后右)

           因为在A的左孩子B的右子数上插入结点F,使A的平衡因子由1增至2而失去平衡。故需进行两次旋转操作(先逆时针,后顺时针)

    即先将A结点的左孩子B的右子树的根结点D向左上旋转提升到B结点的位置。然后再把该D结点向右上旋转提升到A结点的位置。

    即先使之成为LL型,再按LL型处理。

    图四(1

           如图四中所看到的,即先将圆圈部分先调整为平衡树,然后将其以根结点接到A的左子树上,此时成为LL型,再按LL型处理成平衡型。

    图四(2

           (4)RL型平衡旋转法(先右后左)

              由的右孩子C的左子树上插入结点F,使A的平衡因子由-1减至-2而失去平衡。

    故需进行两次旋转操作(先顺时针,后逆时针)。即先将A结点的右孩子C的左子树的根结点D向右上旋转提升到C结点的位置,然后再把该D结点向左上旋转提升到A结点的位置。即先使之成为RR型,再按RR型处理。

    图五(1

           如图五中所看到的,即先将圆圈部分先调整为平衡树,然后将其以根结点接到A的左子树上,此时成为RR型,再按RR型处理成平衡型。

    图五(2

    (以上的四种节点包括了全部插入时导致不平衡的情况,图中所看到的不过平衡树插入后产生的最小不平衡子树)

           平衡化靠的是旋转。參与旋转的是3个节点(当中一个可能是外部节点NULL),旋转就是把这3个节点转个位置。注意的是,左旋的时候p->right一定不为空,右旋的时候p->left一定不为空,这是显而易见的。

           假设从空树開始建立,并时刻保持平衡。那么不平衡仅仅会发生在插入删除操作上,而不平衡的标志就是出现bf == 2或者bf == -2的节点。8

           例:在平衡二叉树中插入一个结点后造成了不平衡。设最低的不平衡结点为A,而且A的左孩子的平衡因子为-1,右孩子的平衡因子为0。则使其平衡的调整方法为(      )

           A.LL型                                                                                                       B.LR型

           C.RL型                                                                                                     D.RR型

     

    解:由图四(1)显然答案选B

    (个人角度理解,如果错误还请指教读者)

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