AVL树在插入时保持平衡的旋转过程

news2024/9/22 3:40:41

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AVL树节点的定义

AVL树的插入

AVL树的旋转


二叉搜索树虽可以缩短查找的效率,但如果数据有序或接近有序二叉搜索树将退化为单支树,查找元素相当于在顺序表中搜索元素,效率低下。于是在这两位俄罗斯的数学家G.M.Adelson-Velskii
和E.M.Landis的研究下,便有了AVL树

一棵AVL树或者是空树,或者是具有以下性质的二叉搜索树:

  • 它的左右子树都是AVL树
  • 左右子树高度之差(简称平衡因子)的绝对值不超过1(-1/0/1)

如果一棵二叉搜索树是高度平衡的,它就是AVL树。如果它有n个结点,其高度可保持在O(log2 n),搜索时间复杂度O(log2 n)。 

AVL树节点的定义

template<class T>
struct AVLTreeNode
{
	AVLTreeNode(const T& data)
		: _pLeft(nullptr), _pRight(nullptr), _pParent(nullptr)
		, _data(data), _bf(0)
	{}
	AVLTreeNode<T>* _pLeft;   // 该节点的左孩子
	AVLTreeNode<T>* _pRight;  // 该节点的右孩子
	AVLTreeNode<T>* _pParent; // 该节点的双亲
	T _data;
	int _bf;                  // 该节点的平衡因子
};

AVL树的插入

AVL树就是在二叉搜索树的基础上引入了平衡因子,因此AVL树也可以看成是二叉搜索树。那么AVL树的插入过程可以分为两步:

  1. 按照二叉搜索树的方式插入新节点
  2. 调整节点的平衡因子

AVL树的旋转

如果在一棵原本是平衡的AVL树中插入一个新节点,可能造成不平衡,此时必须调整树的结构,使之平衡化。根据节点插入位置的不同,AVL树的旋转可以分类为以下四种: 

1. 新节点插入较高左子树的左侧---左左:右单旋

旋转好后30与60的平衡因子bf值更新为0;(如上图) 

2. 新节点插入较高右子树的右侧---右右:左单旋

 旋转好后30与60的平衡因子bf值更新为0;(如上图) 

3. 新节点插入较高左子树的右侧---左右:先左单旋再右单旋

相较与左单旋和右单旋,左右双旋可以复用它们的代码,但复用完后需要更新平衡因子的值:

情况1:当子树高度 h = 0 时,插入新节点后60的平衡因子bf值为0,旋转更新后30、90、60的bf值都为0:

情况2:当子树高度 h > 0 时,在60的左子树插入新节点,插入后60的平衡因子bf值为-1,旋转更新后30、90、60的bf值分别为:0、1、0:

情况3: 当子树高度 h > 0 时,在60的右子树插入新节点,插入后60的平衡因子bf值为1,旋转更新后30、90、60的bf值分别为:-1、0、0:

4. 新节点插入较高右子树的左侧---右左:先右单旋再左单旋

跟3类似,也分三种情况,h = 0, h > 0且新增左子树节点,h > 0 且新增右子树节点(不一一讨论了)

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