AVL树

用户1154259

发布于 2018-01-17 04:11:15

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详细描述，好像跟我自己写的差不多......不过终究是大神级别，讲的就是透彻

1. 概述

AVL树是最早提出的自平衡二叉树，在AVL树中任何节点的两个子树的高度最大差别为一，所以它也被称为高度平衡树。AVL树得名于它的发明者G.M. Adelson-Velsky和E.M. Landis。AVL树种查找、插入和删除在平均和最坏情况下都是O（log n），增加和删除可能需要通过一次或多次树旋转来重新平衡这个树。

2. 基本术语

有四种种情况可能导致二叉查找树不平衡，分别为：

（1）LL：插入一个新节点到根节点的左子树（Left）的左子树（Left），导致根节点的平衡因子由1变为2

（2）RR：插入一个新节点到根节点的右子树（Right）的右子树（Right），导致根节点的平衡因子由-1变为-2

（3）LR：插入一个新节点到根节点的左子树（Left）的右子树（Right），导致根节点的平衡因子由1变为2

（4）RL：插入一个新节点到根节点的右子树（Right）的左子树（Left），导致根节点的平衡因子由-1变为-2

针对四种种情况可能导致的不平衡，可以通过旋转使之变平衡。有两种基本的旋转：

（1）左旋转：将根节点旋转到（根节点的）右孩子的左孩子位置

（2）右旋转：将根节点旋转到（根节点的）左孩子的右孩子位置

3. AVL树的旋转操作

AVL树的基本操作是旋转，有四种旋转方式，分别为：左旋转，右旋转，左右旋转（先左后右），右左旋转（先右后左），实际上，这四种旋转操作两两对称，因而也可以说成两类旋转操作。

基本的数据结构：

 1 typedef struct Node* Tree;
 2 typedef struct Node* Node_t;
 3 typedef Type int;
 4  
 5 struct Node{
 6  Node_t left;
 7  Node_t right;
 8  int height;
 9  Type data;
10 };
11 int Height(Node_t node) {
12  return node->height;
13 }

3.1 LL

LL情况需要右旋解决，如下图所示：

1 Node_t RightRotate(Node_t a) {
2  b = a->left;
3  a->left = b->right;
4  b->right = a;
5  a->height = Max(Height(a->left), Height(a->right));
6  b->height = Max(Height(b->left), Height(b->right));
7  return b;
8 }

3.2 RR

RR情况需要左旋解决，如下图所示：

1 Node_t LeftRotate(Node_t a) {
2  b = a->right;
3  a->right = b->left;
4  b->left = a;
5  a->height = Max(Height(a->left), Height(a->right));
6  b->height = Max(Height(b->left), Height(b->right));
7  return b;
8 }

3.3 LR

LR情况需要左右（先B左旋转，后A右旋转）旋解决，如下图所示：

1 Node_t LeftRightRotate(Node_t a) {
2  a->left = LeftRotate(a->left);
3  return RightRotate(a);
4 }

3.4 RL

RL情况需要右左旋解决（先B右旋转，后A左旋转），如下图所示：

1 Node_t RightLeftRotate(Node_t a) {
2  a->right = RightRotate(a->right);
3  return LeftRotate(a);
4 }

4. AVL数的插入和删除操作

(1) 插入操作：实际上就是在不同情况下采用不同的旋转方式调整整棵树，具体代码如下：

 1 Node_t Insert(Type x, Tree t) {
 2  if(t == NULL) {
 3    t = NewNode(x);
 4  } else if(x < t->data) {
 5    t->left = Insert(t->left);
 6    if(Height(t->left) - Height(t->right) == 2) {
 7     if(x < t->left->data) {
 8      t = RightRotate(t);
 9     } else {
10      t = LeftRightRotate(t);
11     }
12   }
13  } else {
14    t->right = Insert(t->right);
15    if(Height(t->right) - Height(t->left) == 2) {
16     if(x > t->right->data) {
17      t = LeftRotate(t);
18     } else {
19      t = RightLeftRotate(t);
20     }
21   }
22  }
23  t->height = Max(Height(t->left), Height(t->right)) + 1;
24  return t;
25 }

(2) 删除操作：首先定位要删除的节点，然后用该节点的右孩子的最左孩子替换该节点，并重新调整以该节点为根的子树为AVL树，具体调整方法跟插入数据类似，代码如下：

 1 Node_t Delete(Type x, Tree t) {
 2  if(t == NULL) return NULL;
 3  if(t->data == x) {
 4   if(t->right == NULL) {
 5    Node_t temp = t;
 6    t = t->left;
 7    free(temp);
 8   } else {
 9    Node_t head = t->right;
10    while(head->left) {
11     head = head->left;
12    }
13    t->data = head->data; //just copy data
14    t->right = Delete(t->data, t->right);
15    t->height = Max(Height(t->left), Height(t->right)) + 1;
16   }
17   return t;
18  } else if(t->data < x) {
19   Delete(x, t->right);
20   if(t->right) Rotate(x, t->right);
21  } else {
22   Delete(x, t->left);
23   if(t->left) Rotate(x, t->left);
24  }
25  if(t) Rotate(x, t);
26 }