算法:平衡二叉树 AVL树结构详解「Java实现」

算法:平衡二叉树 AVL树结构详解「Java实现」与线性结构有相同的空间复杂度,特性如下:每个节点最多只有两个儿子节点左儿子小,右儿子大线行找7与二叉数找7线性找7二叉树找7okay。

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本文思维导图

算法:平衡二叉树 AVL树结构详解「Java实现」

简述

先不说平衡二叉树,我们单开来说,这样比较方便理解。

先说二叉树,再说平衡条件,没那么多花里胡哨的理论,我只是想让大家看完能明白,能写出来。

二叉树

什么是二叉树?二叉树数据结构,顾名思义,只有两个叉,在数据结构中,操作性能要远高于线性结构,有O(height)的索引性能。与线性结构有相同的空间复杂度,特性如下:

  • 每个节点最多只有两个儿子节点
  • 左儿子小,右儿子大 (大小按照我们默认的比较规则,本例用int来比较)

线行找7与二叉数找7

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线性找7

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二叉树找7

okay,我想大家聪明人已经看出来了,二叉树搜索用了2次,而线性结构却用了5次。

说白了,二叉树结构,我每次问一个节点,都会离着我的目标越来越近,但是线性的则不然,我必须一个个问。

说到这儿,我想会有博友提出质疑了,如果线性查找,7恰好就在第一个呢?那不是一下就找到了吗?

哈哈,你怎么不上天呢 – -。还第一个。开个小玩笑。

这就是二叉树索引的好处。相比看图比码字要清楚的多。

平衡条件

那么,什么叫平衡呢?其实很简单,任何一个节点的子节点高度差必须小于2

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第一个二叉平衡树

  • 从下往上数,第一个高度为1(比较符合日常生活数数),那我们数数吧
  • 5:———1高度 | 4,7,23,71 ———2高度| 6,50 ———3高度 | 15 ———4高度
  • 比如节点6,那么4和7的高度都是2,那就2-2 < 2 。平衡!!

难点一 递归

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递归查找

我又加入了一些节点,方便大家理解递归深度

  • 每一次正向橙色线条的滚动,就是一次递归查找
  • 每一次正向橙色线条的滚动,方法的入栈!
  • 递归的深度,取决于线条走了几次,那就有多大的栈深度
  • 本次查找,刨除root,共4次进栈

难点二 回溯

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插入回溯

先不要关心这个旋转操作,如图所示,我们在递归的基础上,沿着线条理解一下回溯

  • 每一次逆向橙色线条的滚动,就是一次回溯
  • 操作递归的每一个节点,都会在回溯的轨迹上
  • 正因为每一次递归,都有每一次回溯,那么,我们就可以先完成相关操作(增加或删除)之后,判定平衡

4种旋转

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左左类型旋转

博主尽量放慢了速度,让大家看清楚究竟旋转是如何进行的,这是一个插入操作,我们看到在不平衡的时候,进行了左旋转,这里我们看到

  • 正向插入,递归3-2-1
  • 逆向回溯,1-2 判断平衡条件 ,是平衡的
  • 再次回溯,2-3,3的左边高度为2,右边没有节点为0,那么2-0 > 1,不平衡!

到这里我们基本上理解了平衡的判断,下面正式说一下旋转:

  • 判断不平衡边 在3节点判定,不平衡,那么左边高,我们需要调整左边,获取左边节点2
  • 判断旋转类型 这时候我们拿到节点2,判断节点2哪边高。左边高,为左左类型。右边高为左右旋转类型,我们先不管
  • 旋转操作 3.left = 2.right; 2.right = 3; 重新计算,2和3节点的高度

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右右类型旋转[同上,不再叙述]

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左右类型旋转

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右左类型旋转

到此旋转就说完了,希望大家好好的理解第一个左左类型!(理解了一个也就都理解了 )

后续部分没有讲是因为说太多反而更乱。

后续的理解不了没关系,我们代码在看。

代码基础部分

node类

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高度计算

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插入操作

旋转

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算法:平衡二叉树 AVL树结构详解「Java实现」

insert

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算法:平衡二叉树 AVL树结构详解「Java实现」

删除操作

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以上就是难点插入和删除的实现了, 没有过多阐述,是因为大家如果真的理解了上面说明的理论, 那么应该没有问题来理解这些code。

当然有任何问题大家可以在留言区回复我 ,欢迎大家指正!

4种遍历

  • 前序遍历 根左右
  • 中序遍历 左跟右
  • 后序遍历 左右根
  • 层级遍历 从root开始,一层层
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