数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算

在书上看了平衡二叉树的代码后,发现前人的智慧真是无限。但是因为一次性给出的最完美的代码让人有时候看不太懂…

后来经过仔细推敲,才慢慢发现了其中的奥秘。一开始并不知道关于平衡二叉树的平衡因子BF是怎么修改的,后来才发现关于平衡二叉树的最重要的一句话:在构建平衡二叉树的过程中,每当插入一个结点时,先检查是否因插入而破坏了树的平衡性,若是,则找出最小不平衡子树,在保持二叉排序树特性的前提下,调整关系。

这句话意味着:只要破坏了平衡性,就马上修改使得二叉树重新平衡,意思就是只要修改了最小不平衡树就可以使得整个二叉树重新平衡.

下面借用书上的代码进行解释说明,说明在代码后面

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	1. #include "stdio.h"      
	2. #include "stdlib.h"     
	3. #include "io.h"    
	4. #include "math.h"    
	5. #include "time.h"  
	6.   
	7. #define OK 1  
	8. #define ERROR 0  
	9. #define TRUE 1  
	10. #define FALSE 0  
	11. #define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */  
	12.   
	13. typedef int Status; /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */   
	14.   
	15.   
	16. /* 二叉树的二叉链表结点结构定义 */  
	17. typedef  struct BiTNode /* 结点结构 */  
	18. {  
	19.     int data;   /* 结点数据 */  
	20.     int bf; /*  结点的平衡因子 */   
	21.     struct BiTNode *lchild, *rchild;    /* 左右孩子指针 */  
	22. } BiTNode, *BiTree;  
	23.   
	24.   
	25. /* 对以p为根的二叉排序树作右旋处理, */  
	26. /* 处理之后p指向新的树根结点,即旋转处理之前的左子树的根结点 */  
	27. void R_Rotate(BiTree *P)  
	28. {   
	29.     BiTree L;  
	30.     L=(*P)->lchild; /*  L指向P的左子树根结点 */   
	31.     (*P)->lchild=L->rchild; /*  L的右子树挂接为P的左子树 */   
	32.     L->rchild=(*P);  
	33.     *P=L; /*  P指向新的根结点 */   
	34. }  
	35.   
	36. /* 对以P为根的二叉排序树作左旋处理, */  
	37. /* 处理之后P指向新的树根结点,即旋转处理之前的右子树的根结点0  */  
	38. void L_Rotate(BiTree *P)  
	39. {   
	40.     BiTree R;  
	41.     R=(*P)->rchild; /*  R指向P的右子树根结点 */   
	42.     (*P)->rchild=R->lchild; /* R的左子树挂接为P的右子树 */   
	43.     R->lchild=(*P);  
	44.     *P=R; /*  P指向新的根结点 */   
	45. }  
	46.   
	47. #define LH +1 /*  左高 */   
	48. #define EH 0  /*  等高 */   
	49. #define RH -1 /*  右高 */   
	50.   
	51. /*  对以指针T所指结点为根的二叉树作左平衡旋转处理 */  
	52. /*  本算法结束时,指针T指向新的根结点 */  
	53. void LeftBalance(BiTree *T)  
	54. {   
	55.     BiTree L,Lr;  
	56.     L=(*T)->lchild; /*  L指向T的左子树根结点 */   
	57.     switch(L->bf)  
	58.     { /*  检查T的左子树的平衡度,并作相应平衡处理 */   
	59.          case LH: /*  新结点插入在T的左孩子的左子树上,要作单右旋处理 */   
	60.             (*T)->bf=L->bf=EH;  
	61.             R_Rotate(T);  
	62.             break;  
	63.          case RH: /*  新结点插入在T的左孩子的右子树上,要作双旋处理 */   
	64.             Lr=L->rchild; /*  Lr指向T的左孩子的右子树根 */   
	65.             switch(Lr->bf)  
	66.             { /*  修改T及其左孩子的平衡因子 */   
	67.                 case LH: (*T)->bf=RH;  
	68.                          L->bf=EH;  
	69.                          break;  
	70.                 case EH: (*T)->bf=L->bf=EH;  
	71.                          break;  
	72.                 case RH: (*T)->bf=EH;  
	73.                          L->bf=LH;  
	74.                          break;  
	75.             }  
	76.             Lr->bf=EH;  
	77.             L_Rotate(&(*T)->lchild); /*  对T的左子树作左旋平衡处理 */   
	78.             R_Rotate(T); /*  对T作右旋平衡处理 */   
	79.     }  
	80. }  
	81.   
	82. /*  对以指针T所指结点为根的二叉树作右平衡旋转处理, */   
	83. /*  本算法结束时,指针T指向新的根结点 */   
	84. void RightBalance(BiTree *T)  
	85. {   
	86.     BiTree R,Rl;  
	87.     R=(*T)->rchild; /*  R指向T的右子树根结点 */   
	88.     switch(R->bf)  
	89.     { /*  检查T的右子树的平衡度,并作相应平衡处理 */   
	90.      case RH: /*  新结点插入在T的右孩子的右子树上,要作单左旋处理 */   
	91.               (*T)->bf=R->bf=EH;  
	92.               L_Rotate(T);  
	93.               break;  
	94.      case LH: /*  新结点插入在T的右孩子的左子树上,要作双旋处理 */   
	95.               Rl=R->lchild; /*  Rl指向T的右孩子的左子树根 */   
	96.               switch(Rl->bf)  
	97.               { /*  修改T及其右孩子的平衡因子 */   
	98.                 case RH: (*T)->bf=LH;  
	99.                          R->bf=EH;  
	100.                          break;  
	101.                 case EH: (*T)->bf=R->bf=EH;  
	102.                          break;  
	103.                 case LH: (*T)->bf=EH;  
	104.                          R->bf=RH;  
	105.                          break;  
	106.               }  
	107.               Rl->bf=EH;  
	108.               R_Rotate(&(*T)->rchild); /*  对T的右子树作右旋平衡处理 */   
	109.               L_Rotate(T); /*  对T作左旋平衡处理 */   
	110.     }  
	111. }  
	112.   
	113. /*  若在平衡的二叉排序树T中不存在和e有相同关键字的结点,则插入一个 */   
	114. /*  数据元素为e的新结点,并返回1,否则返回0。若因插入而使二叉排序树 */   
	115. /*  失去平衡,则作平衡旋转处理,布尔变量taller反映T长高与否。 */  
	116. Status InsertAVL(BiTree *T,int e,Status *taller)  
	117. {    
	118.     if(!*T)  
	119.     { /*  插入新结点,树“长高”,置taller为TRUE */   
	120.          *T=(BiTree)malloc(sizeof(BiTNode));  
	121.          (*T)->data=e; (*T)->lchild=(*T)->rchild=NULL; (*T)->bf=EH;  
	122.          *taller=TRUE;  
	123.     }  
	124.     else  
	125.     {  
	126.         if (e==(*T)->data)  
	127.         { /*  树中已存在和e有相同关键字的结点则不再插入 */   
	128.             *taller=FALSE; return FALSE;  
	129.         }  
	130.         if (e<(*T)->data)  
	131.         { /*  应继续在T的左子树中进行搜索 */   
	132.             if(!InsertAVL(&(*T)->lchild,e,taller)) /*  未插入 */   
	133.                 return FALSE;  
	134.             if(*taller) /*   已插入到T的左子树中且左子树“长高” */   
	135.                 switch((*T)->bf) /*  检查T的平衡度 */   
	136.                 {  
	137.                     case LH: /*  原本左子树比右子树高,需要作左平衡处理 */   
	138.                             LeftBalance(T); *taller=FALSE; break;  
	139.                     case EH: /*  原本左、右子树等高,现因左子树增高而使树增高 */   
	140.                             (*T)->bf=LH; *taller=TRUE; break;  
	141.                     case RH: /*  原本右子树比左子树高,现左、右子树等高 */    
	142.                             (*T)->bf=EH; *taller=FALSE; break;  
	143.                 }  
	144.         }  
	145.         else  
	146.         { /*  应继续在T的右子树中进行搜索 */   
	147.             if(!InsertAVL(&(*T)->rchild,e,taller)) /*  未插入 */   
	148.                 return FALSE;  
	149.             if(*taller) /*  已插入到T的右子树且右子树“长高” */   
	150.                 switch((*T)->bf) /*  检查T的平衡度 */   
	151.                 {  
	152.                     case LH: /*  原本左子树比右子树高,现左、右子树等高 */   
	153.                             (*T)->bf=EH; *taller=FALSE;  break;  
	154.                     case EH: /*  原本左、右子树等高,现因右子树增高而使树增高  */  
	155.                             (*T)->bf=RH; *taller=TRUE; break;  
	156.                     case RH: /*  原本右子树比左子树高,需要作右平衡处理 */   
	157.                             RightBalance(T); *taller=FALSE; break;  
	158.                 }  
	159.         }  
	160.     }  
	161.     return TRUE;  
	162. }  
	163.   
	164. int main(void)  
	165. {      
	166.     int i;  
	167.     int a[10]={3,2,1,4,5,6,7,10,9,8};  
	168.     BiTree T=NULL;  
	169.     Status taller;  
	170.     for(i=0;i<10;i++)  
	171.     {  
	172.         InsertAVL(&T,a[i],&taller);  
	173.     }  
	174.     printf("本样例建议断点跟踪查看平衡二叉树结构");  
	175.     return 0;  
	176. }  

1.关于insertAVL方法,需要说明的是,它用的是递归的思想,一层一层从下往父类修改平衡因子,而不用计算每个结点的BF,仅仅是根据左子树与右子树的高度差。因为是只要一破坏了平衡就修改,所以平衡因子的数只能是 -2、-1、0、1、2这几个数的取值。所以只要通过插入前的高度差与插入后的位置(左子树还是右子树)就可以确定现在的平衡因子。如果破坏了平衡性,就调用**Balance函数,调整平衡,并置taller为false,因为已经调整了平衡,高度并未发生改变,所以在这个结点以上的所有父亲都不用修改其平衡因子。

2.关于Balance方法,以leftBalance为例进行说明

①首先,之所以调用leftBalance是因为在插入前左子树的深度就比右子树的深度大一,现在插入的位置又是在左子树,所以左子树的深度比右子树的深度大于2,也就是最小不平衡树的顶点的平衡因子为2

②因为插入的是最小不平衡树的顶点T的左子树上L,所以需要比较顶点T 与 其左子树L 的平衡因子的符号,如果一致,就做简单的右旋转;如果不一致就先对其左子树做左旋转,再对最小不平衡树T做右旋转。——也就是说当左子树 L 的平衡因子为1时(LH)就进行简单的右旋转,为-1(RH)时就先对子树L做左旋转再对最小不平衡树T做右旋转

③关于先对左子树做左旋转,再对最小不平衡树做右旋转的平衡因子的改变。因为涉及对做子树L的左旋转,所以L的右子树Lr会受到影响,所以会根据Lr的平衡因子的不同而会有不同的改变


a.当Lr 的平衡因子为LH(相当于1)时,T的平衡因子变为-1,L的平衡因子变为0

《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》

《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》

b..当Lr的平衡因子为EH(相当于0)时,T的平衡因子变为0,L的平衡因子变为0

《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》

c..当Lr的平衡因子RH(相当于-1)时,T的平衡因子变为0,L的平衡因子变为1

《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》

《数据结构之平衡二叉树的平衡因子BF 的计算》


可能会想:这只是特殊情况,其实并不是。因为每次旋转,受到影响的只有那么几个点,其他点的位置会改变,可是是以整体的方式变动,所以其他点的平衡因子并不会改变。rightBalance与leftBalance形成对称,所以就不画图啦

    原文作者:平衡二叉树
    原文地址: https://blog.csdn.net/followmyinclinations/article/details/50426413
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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