• AVL学习笔记


    AVL,平衡二叉查找树。删除,插入,查找的复杂度都是O(logn)。它是一棵二叉树。对于每个节点来说,它的左孩子的键值都小于它,右孩子的键值都大于它。对于任意一个节点,它的左右孩子的高度差不大于1。树的高度的定义为:空节点的高度为0,非空节点的高度为左右孩子高度的最大值加1。

     在插入删除过程中,会出现不平衡的时候。这时,会通过以下方式进行旋转保持树的平衡。下图中每一列最后一行是旋转后的结果,上面两行是对应的初始化状态。

    1 插入。在以某个节点为根的子树中插入一个节点后,有可能使得该节点的左右子树的高度差大于1(其实此时的高度差是2),那么视情况进行LL,RR,LR,RL四种旋转中的一种可维持树的平衡。

    2 删除。删除的键值小于当前节点键值时,在左子树中删除;大于当前节点键值时在右子树中进行删除;否则就是删除当前节点。删除当前节点时,找到后继节点,然后将后继结点替换当前节点,然后递归地删除这个后继结点即可。

    template<class _ValyeType,class _FuncType>
    class CAVLTree
    {
    protected:
        struct AVLTreeNode
        {
            _ValyeType m_iValue;
            AVLTreeNode* m_pLeftSon;
            AVLTreeNode* m_pRightSon;
            int m_nHeight;
            int m_nValueNumber;
        };
        AVLTreeNode* m_pRoot;
        _FuncType* m_pCompareFunc;
    
        AVLTreeNode* _NewNode()
        {
            AVLTreeNode* pNode=new AVLTreeNode;
            pNode->m_pLeftSon=nullptr;
            pNode->m_pRightSon=nullptr;
            pNode->m_nHeight=1;
            pNode->m_nValueNumber=0;
            return pNode;
        }
        AVLTreeNode* _NewNode(const _ValyeType& iValue)
        {
            AVLTreeNode* pNode=new AVLTreeNode;
            pNode->m_pLeftSon=nullptr;
            pNode->m_pRightSon=nullptr;
            pNode->m_nHeight=1;
            pNode->m_iValue=iValue;
            pNode->m_nValueNumber=1;
            return pNode;
        }
    
        int _Height(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(pNode) return pNode->m_nHeight;
            return 0;
        }
    
        void _PushUp(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(!pNode) return;
            const int nLeftSonHeight=_Height(pNode->m_pLeftSon);
            const int nRightSonHeight=_Height(pNode->m_pRightSon);
            if(nLeftSonHeight<nRightSonHeight) pNode->m_nHeight=1+nRightSonHeight;
            else pNode->m_nHeight=1+nLeftSonHeight;
        }
    
        /**
           pNode的左孩子将成为根,返回新的树根
        **/
        AVLTreeNode* _LLRotate(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(!pNode) return pNode;
            AVLTreeNode* pLeftSon=pNode->m_pLeftSon;
            pNode->m_pLeftSon=pLeftSon->m_pRightSon;
            pLeftSon->m_pRightSon=pNode;
            _PushUp(pNode);
            _PushUp(pLeftSon);
            return pLeftSon;
        }
    
    
        /**
           pNode的右孩子将成为根,返回新的树根
        **/
        AVLTreeNode* _RRRotate(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(!pNode) return pNode;
            AVLTreeNode* pRightSon=pNode->m_pRightSon;
            pNode->m_pRightSon=pRightSon->m_pLeftSon;
            pRightSon->m_pLeftSon=pNode;
            _PushUp(pNode);
            _PushUp(pRightSon);
            return pRightSon;
        }
        /**
            pNode的左孩子的右孩子将成为根,返回新的树根
        **/
        AVLTreeNode* _LRRotate(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(!pNode) return pNode;
            pNode->m_pLeftSon=_RRRotate(pNode->m_pLeftSon);
            return _LLRotate(pNode);
        }
    
        /**
            pNode的右孩子的左孩子将成为根,返回新的树根
        **/
        AVLTreeNode* _RLRotate(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(!pNode) return pNode;
            pNode->m_pRightSon=_LLRotate(pNode->m_pRightSon);
            return _RRRotate(pNode);
        }
    
        AVLTreeNode* _Rotate(AVLTreeNode* pNode)
        {
            if(!pNode) return pNode;
            if(2==_Height(pNode->m_pLeftSon)-_Height(pNode->m_pRightSon))
            {
                if(_Height(pNode->m_pLeftSon->m_pLeftSon)>=_Height(pNode->m_pLeftSon->m_pRightSon))
                {
                    pNode=_LLRotate(pNode);
                }
                else pNode=_LRRotate(pNode);
            }
            else if(2==_Height(pNode->m_pRightSon)-_Height(pNode->m_pLeftSon))
            {
                if(_Height(pNode->m_pRightSon->m_pLeftSon)>=_Height(pNode->m_pRightSon->m_pRightSon))
                {
                    pNode=_RLRotate(pNode);
                }
                else pNode=_RRRotate(pNode);
            }
            return pNode;
        }
    
        AVLTreeNode* _Insert(AVLTreeNode* pRoot,const _ValyeType& iInsertValue)
        {
            if(nullptr==pRoot)
            {
                pRoot=_NewNode(iInsertValue); return pRoot;
            }
            else if(m_pCompareFunc(iInsertValue,pRoot->m_iValue))
            {
                pRoot->m_pLeftSon=_Insert(pRoot->m_pLeftSon,iInsertValue);
                if(2==_Height(pRoot->m_pLeftSon)-_Height(pRoot->m_pRightSon))
                {
                    if(m_pCompareFunc(iInsertValue,pRoot->m_pLeftSon->m_iValue))
                    {
                        pRoot=_LLRotate(pRoot);
                    }
                    else
                    {
                        pRoot=_LRRotate(pRoot);
                    }
                }
            }
            else if(m_pCompareFunc(pRoot->m_iValue,iInsertValue))
            {
                pRoot->m_pRightSon=_Insert(pRoot->m_pRightSon,iInsertValue);
                if(2==_Height(pRoot->m_pRightSon)-_Height(pRoot->m_pLeftSon))
                {
                    if(m_pCompareFunc(iInsertValue,pRoot->m_pRightSon->m_iValue))
                    {
                        pRoot=_RLRotate(pRoot);
                    }
                    else
                    {
                        pRoot=_RRRotate(pRoot);
                    }
                }
            }
            else
            {
                ++pRoot->m_nValueNumber;
            }
    
            _PushUp(pRoot);
            return pRoot;
        }
    
        AVLTreeNode* _Delete(AVLTreeNode* pRoot,const _ValyeType& iDeleteValue)
        {
            if(nullptr==pRoot) return nullptr;
            if(m_pCompareFunc(iDeleteValue,pRoot->m_iValue))
            {
                pRoot->m_pLeftSon=_Delete(pRoot->m_pLeftSon,iDeleteValue);
            }
            else if(m_pCompareFunc(pRoot->m_iValue,iDeleteValue))
            {
                pRoot->m_pRightSon=_Delete(pRoot->m_pRightSon,iDeleteValue);
            }
            else
            {
                if(0==--pRoot->m_nValueNumber)
                {
                    if(nullptr==pRoot->m_pLeftSon)
                    {
                        AVLTreeNode* pTmp=pRoot;
                        pRoot=pRoot->m_pRightSon;
                        delete pTmp;
                    }
                    else if(nullptr==pRoot->m_pRightSon)
                    {
                        AVLTreeNode* pTmp=pRoot;
                        pRoot=pRoot->m_pLeftSon;
                        delete pTmp;
                    }
                    else
                    {
                        AVLTreeNode* pTmp=pRoot->m_pRightSon;
                        while(pTmp->m_pLeftSon) pTmp=pTmp->m_pLeftSon;
                        pRoot->m_iValue=pTmp->m_iValue;
                        pRoot->m_pRightSon=_Delete(pRoot->m_pRightSon,pRoot->m_iValue);
                    }
                }
                else
                {
                    return pRoot;
                }
            }
            _PushUp(pRoot);
            if(pRoot&&pRoot->m_pLeftSon) pRoot->m_pLeftSon=_Rotate(pRoot->m_pLeftSon);
            if(pRoot&&pRoot->m_pRightSon) pRoot->m_pRightSon=_Rotate(pRoot->m_pRightSon);
            if(pRoot) pRoot=_Rotate(pRoot);
            return pRoot;
        }
    
    
    public:
        CAVLTree(_FuncType* pCompareFunc):m_pRoot(nullptr),m_pCompareFunc(pCompareFunc) {}
    
        void Insert(const _ValyeType& iInsertValue)
        {
            m_pRoot=_Insert(m_pRoot,iInsertValue);
        }
    
        void Delete(const _ValyeType& iDeleteValue)
        {
            m_pRoot=_Delete(m_pRoot,iDeleteValue);
        }
    
        int Find(const _ValyeType& iSearchValue)
        {
            AVLTreeNode* pCurrent=m_pRoot;
            while(1)
            {
                if(!pCurrent) break;
                if(m_pCompareFunc(iSearchValue,pCurrent->m_iValue))
                {
                    pCurrent=pCurrent->m_pLeftSon;
                }
                else if(m_pCompareFunc(pCurrent->m_iValue,iSearchValue))
                {
                    pCurrent=pCurrent->m_pRightSon;
                }
                else return pCurrent->m_nValueNumber;
            }
            return 0;
        }
    
    };
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/jianglangcaijin/p/5987767.html
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