【数据结构笔记】搜索树

news2024/10/17 3:03:00

二叉搜索树

任一节点x的左/右子树中，所有非空节点均不大于（不小于）x

必须是所有的非空节点，仅左右孩子不够（左孩子的右孩子可能很大）
一棵二叉树是二叉搜索树当且仅当中序遍历序列是单调非降序列

两棵二叉搜索树等价当且仅当他们有相同的中序遍历序列（上下可变，左右不乱）

换言之，构成两棵二叉搜索树的元素相同

等价变换zig、zag

zig：右单旋转
zag：左单旋转

变换后仍保持二叉搜索树的性质

（《算法导论》练习13.2-2）在任何一棵有n个结点的二叉搜索树中，恰有n-1种可能的旋转。

度为2的节点有2种转法，度为1的节点有1种转法，从而每种旋转对应一条边，共n-1条边。

（《算法导论》练习13.2-4）任何一棵含n个结点的二叉搜索树可以通过O(n)次旋转，转变为其他任何一棵含n个结点的二叉搜索树。

对于任何含n个结点的二叉搜索树，若某节点有左孩子，就右旋，如此会消除一个左孩子-父节点关系，而最多只有n-1个上述的左孩子-父节点关系，从而经至多n-1次旋转就能将其变为一条右链，而左右旋都是可逆的，转变只需要以该右链作为中介。

【2014-THU-Fin】由同一组共n个词条构成的任意两棵BST，经O(logn)次zig和zag旋转之后，必可相互转换。（×）

搜索

中序遍历操作

内部变量_hot指向搜索的终止位置的父节点

如果命中，就是目标节点的父节点
如果未命中，就是目标节点如果存在时的父节点

API返回搜索的终止位置

如果命中，就是目标节点
如果未命中，就是_hot的子哨兵节点

时间复杂度O(h)

插入

先搜索，让_hot指向将增加孩子的节点，再添加子节点

从插入的节点开始，向上更新节点高度

时间复杂度O(h)

删除

单子节点删除

直接把删除节点换成其以子唯一节点为根的子树

删除时利用搜索接口确定节点位置的过程给出当前_hot，它是向上更新节点高度的起点

双子节点删除

用在右子树中的直接后继替换删除节点，原来直接后继是度不为2的节点，化为单子节点删除

_hot设为原来直接后继的父节点，它是向上更新节点高度的起点

/******************************************************************************************
* BST节点删除算法：初除位置x所指癿节点（全局静态模板函数，适用亍AVL、Splay、RedBlack等各种BST）
* 目标x在此前经查找定位，并确认非NULL，故必删除成功；与searchIn不同，调用之前不必将hot置空
* 返回值指向实际被删除节点的接替者，hot指向实际被删除节点的父亲——二者均有可能是NULL
******************************************************************************************/
template <typename T>
static BinNodePosi(T) removeAt (BinNodePosi(T)& x, BinNodePosi(T)& hot) {
    BinNodePosi(T) w = x; //实际被摘除的节点，初值同x
    BinNodePosi(T) succ = NULL; //实际被删除节点的接替者
    if (!HasLChild(*x)) { //若*x的左子树为空，则可
        succ = x = x->rc; //直接将*x替换为其右子树
    }
    else if (!HasRChild(*x)){ //若右子树为空，则可
        succ = x = x->lc; //对称地处理——注意：此时succ != NULL
    }
    else { //若左右子树均存在，则选择x的直接后继作为实际被摘除节点，为此需要
        w = w->succ(); //（在右子树中）找到*x的直接后继*w
        swap(x->data, w->data); //交换*x和*w的数据元素
        BinNodePosi(T) u = w->parent;
        succ = w->rc; //w一定无左孩子，化为单节点的仅有右孩子情形
        ((u == x) ? u->rc : u->lc) = succ;
        //如果u是x，即x是w的父节点，此时w在u的右子树中
        //若不然，因w是x的直接后继，此时w在u的左子树中
    }
    hot = w->parent; //记录实际被删除节点的父亲
    if (succ) {
        succ->parent = hot; //并将被删除节点的接替者与hot相联
    }
    release(w->data);
    release(w);
    return succ; //释放被摘除节点，返回接替者
} //release()负责释放复杂结构，与算法无直接关系，见代码包

时间复杂度O(h)