• 高级数据结构笔记摘要


      今天看了一下高级数据结构(主要是多维数组、广义表、AVL树、Splay树)的内容,AVL树的部分之前提过了就不讲了,参见《红黑树和AVL树》,挑了一些觉得重要或有意思的点写在这里,希望有错误的地方请不吝指正。

      1、三元组存取稀疏矩阵(较多元素为0),以及使用十字链表的方式来记录稀疏矩阵

      2、注意广义表中的head、tail两个概念,以及深度、长度的概念;

             对于L = (x0,x1,…,xn), head(L) = x0,tail(L) = (x1,x2,…,xn)

      3、区分广义表中的纯表、再入表、循环表(深度为∞)等概念

             纯表:任何元素(原子/子表)只能出现1次(类似正常的树结构)

             再入表:表中元素可以重复出现(类似树结构中兄弟结点可以连线)

             循环表:表中有回路,深度为无穷大

      4、线性表 <= 纯表(树)<= 再入表(兄弟结点之间有连线) <= 图

      

      5、最佳BST树的平均访问长度,,其中pi表示内部节点的索引频率,qi表示外部结点的索引频率,pi/w或者qi/w表示对应的索引概率,要注意的是li + 1和li’之间的区别!其中li和li’都是路径长度,在等概率条件下可以得到 ASL(n) = (2I +3n)/(2n+1),其中I是内部路径长度总和,所以要求ASL最小的话尽可能地I要小,此时也就是整棵树要接近完全二叉树。注意此处的一个大前提是等概率索引。

      6、在不是等概率访问的前提下构建最佳BST树的算法依据是最佳BST树的子树仍然是最佳BST树,所以有最优子结构,因此可以采用动态规划的算法进行求解。只要在小区间里枚举相应的根节点并取出最小的就可以了。具体的例子:四个关键码为B、D、H、F,访问频率为1,5,4,3;且5个外部结点的访问频率为5,4,3,2,1。

      随便写了一个代码仅供参考:

     1 #include<iostream>
     2 #include<cstdio>
     3 #include<cmath>
     4 #define N 100000000
     5 using namespace std;
     6 int n, p[105], q[105], dp[105][105];//p为内部结点,q为外部结点,dp[i][j]表示从i~j的代价最小的BST树 
     7 int sum(int i, int j){
     8     int m = 0;
     9     for(int k = i; k <= j; k++)m += (p[k] + q[k]);
    10     return (m + q[i - 1]); 
    11 }
    12 int main(){
    13     cin >> n;
    14     for(int i = 1; i <= n ;i++){
    15         cin >> p[i];
    16     } 
    17     for(int i = 0; i <= n; i++){
    18         cin >> q[i];
    19     }
    20     for(int i = 0; i <= n ;i++){
    21         for(int j = 0; j <= n; j++){
    22             dp[i][j] = N;
    23         }
    24     }
    25     //读入n个内部节点和n+1个外部结点的访问频率 
    26     for(int i = 1; i <= n; i++)dp[i][i] = p[i] + q[i - 1] + q[i];//单节点代价 
    27     for(int len = 2; len <= n ; len++){
    28         for(int s = 1; s + len - 1 <= n; s++){
    29             int e = s + len - 1;//dp[s][e]
    30             printf("s = %d ,e = %d
    ", s, e);
    31             for(int root = s; root <= e; root++){//枚举根节点 
    32                 if(root > s && root < e)
    33                     dp[s][e] = min(dp[s][e], dp[s][root - 1] + dp[root + 1][e] + sum(s,root - 1) +p[root]+
    34                     sum(root + 1, e));
    35                 else if(root == s){
    36                     dp[s][e] = min(dp[s][e], dp[root + 1][e] + p[root] + q[root - 1] + sum(root + 1,e));
    37                 }
    38                 else{
    39                     dp[s][e] = min(dp[s][e], dp[s][root - 1] + p[root] + q[root] + sum(s,root - 1));
    40                 }
    41             } 
    42         }
    43     }
    44     return 0;
    45 } 

      (原来还有插入代码这种高级的操作,感谢平台)

      7、Trie结构:改变关键码划分的方式,key通常是字符串,是一种有序树。基本性质有:1)根节点不包含字符,2)除根节点外每一个结点只包含一个字符,3)从根节点到某一结点的路径上字符连接起来得到该节点的字符串,4)每个节点的子节点包含的字符串都不一样,见下面的图示:

     

      8、在Trie树中查找结点的效率和树中包含的结点数量没有关系,只和待查找的那个字符串的长度有关,这和AVL树不一样,比如一个长度5的字符串“ababa”,在AVL中需要log2(26**5) = 23.5次比较,在trie只要5次比较,但是trie树是不平衡的,比如t下单词比z下的单词多的多,且不利于检索(26个分支)。应用场所:前缀匹配、词频统计、排序。

      9、由于数据访问的规则,大多数的数据并不会被访问,所以有了伸展树(一种自组织的数据结构),数据随检索而调整位置。是对BST的改进,但是不能保持AVL中的平衡条件。

      10、访问一次结点x就把x展开,插入时把x移动到根节点,删除时把x的父节点移动到根节点。还是分为单旋转和双旋转(直接提升),一般来说,一字型旋转不会改变树的高度,但是之字形旋转会把树的高度减1,更加平衡。

      11、伸展树不能保证每次访问都是有效率的,也就是访问可能是O(N)的,但是能够保证m次操作总共需要O(mlogN)的,也就是平均代价是O(logN);严格的证明要用到摊还分析的方法,设x为一棵子树的根,S(x)为这棵树的总共节点数,u(x) = log2(S(x)),当前Splay树的势能定义为所有结点的u(x)之和,分别考虑zig/zag, zigzig/zagzag, zigzag/zagzig这六种操作,实际上考虑三个情况就行,不难发现每次旋转都是以c * (u(x’) – u(x)) + 1为上界,而且只有单纯的zig/zag才会用到1这个值,其余情况下c = 3就足够了,于是一次splay可以证明是O(log2n)的,m次Splay的总摊还代价是O(m*log2n + nlog2n)(后面是由势能提供的)。

      关于splay树的复杂度分析,参考文章:https://max.book118.com/html/2017/0623/117570994.shtm

     

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