AVL树是带有平衡条件的二叉查找树,其查找和删除的时间复杂度为logn,是对二叉查找树的改进,我们将节点的左子树和右子树深度之差称为平衡因子(BF),其中的每一个节点的平衡因子的绝对值不大于1。
距离插入节点最近的,并且平衡因子绝对值大于1的节点为根的子树,称为最小不平衡子树。
要实现AVL树,就必须保证在插入的时候消除不平衡的子树,即通过某种方式,使每次插入一个节点,都是平衡的BST树,下面我们讨论一下插入的时候四种情况:
1:对左孩子的左子树进行一次插入;
2:对左孩子的右子树进行一次插入;
3:对右孩子的左子树进行一次插入;
4:对右孩子的右子树进行一次插入;
其中情况1和情况4是关于镜像对称的,情况2和情况3是关于镜像对称的,
由于图片原因,我就上了几张不好看的图片,其中x,y,z和A,B,C,D为对应的节点的孩子,我直接对四种情况进行讲解:
情况1:假设节点k1,k1的左孩子k2,
单右旋转:对k1节点的左孩子k2的左子树进行插入,这样使得k1的BF为2,此时最小不平衡子树是以k1为根节点的子树,因此对其进行右旋转操作,使得新子树的根节点为原节点的左孩子即k2,k2的右孩子为k1,k1的左孩子为原子树中k2的右孩子;
情况2:假设节点k1,k1的左孩子k3,k3的右孩子k2,
双左旋转:对以k2为根节点的子树进行插入操作,这时最小的不平衡子树是以k1为根节点的子树,但是单纯的左旋转不能解决问题,这和情况1有所区别,其原因在于K1的BF为2,而K3的BF为-1,两者的符号不一致,导致了不能只是进行一次旋转,所以分为两次旋转:
1:先对以K3为根节点的子树进行左旋转,
2:再对以K1为根节点的子树进行右旋转,
得到图中所示的结果,此时K2左子树B是K3右子树,K2右子树C是K1左子树,K2左孩子为K3,K2右孩子为K1;
情况3:
假设节点k1,k1的右孩子k3,k3的左孩子k2,
双右旋转:对以k2为根节点的子树进行插入操作,这时最小的不平衡子树是以k1为根节点的子树,但是单纯的左旋转不能解决问题,这和情况1有所区别,其原因在于K1的BF为-2,而K3的BF为1,两者的符号不一致,导致了不能只是进行一次旋转,所以分为两次旋转:
1:先对以K3为根节点的子树进行右旋转,
2:再对以K1为根节点的子树进行左旋转,
得到图中所示的结果,此时K2右子树C是K3左子树,K2左子树B是K1右子树,K2左孩子为K1,K2右孩子为K3;
情况1:假设节点k1,k1的左孩子k2,
单右旋转:对k1节点的左孩子k2的左子树进行插入,这样使得k1的BF为2,此时最小不平衡子树是以k1为根节点的子树,因此对其进行右旋转操作,使得新子树的根节点为原节点的左孩子即k2,k2的右孩子为k1,k1的左孩子为k2的右孩子;
情况4:假设节点k1,k1的右孩子k2,
单右旋转:对k1节点的右孩子k2的左子树进行插入,这样使得k1的BF为-2,此时最小不平衡子树是以k1为根节点的子树,因此对其进行左旋转操作,使得新子树的根节点为原节点的右孩子即k2,k2的左孩子为k1,k1的左孩子为原子树中k2的左孩子;
下面是Java代码实现:
package data_structure;
@SuppressWarnings("rawtypes")
public class AVL<AnyType extends Comparable> {
private AVLNode root;
//定义范型Anytype的大小比较方法
@SuppressWarnings("unused")
/*private class Anytype implements Comparable<AnyType>{
private AnyType x;
@Override
public int compareTo(AnyType o) {
String s=x.toString();
String target=o.toString();
return s.compareTo(target);
}
}*/
private class AVLNode<AnyType>{
AnyType element;
AVLNode<AnyType> left;
AVLNode<AnyType> right;
int height;
@SuppressWarnings("unused")
public AVLNode(AnyType data){
this(data,null,null);
}
public AVLNode(AnyType data,AVLNode<AnyType> lc,AVLNode<AnyType> rc){
element=data;
left=lc;
right=rc;
height=0;
}
}
private int getHeight(AVLNode<AnyType> t){
return t==null?-1:t.height;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private int compare(AnyType x,AnyType y){
if(x.compareTo(y)>0)
return 1;
else if(x.compareTo(y)<0)
return -1;
return 0;
}
//单旋转左旋转
private AVLNode<AnyType> rotateWithLeftChild(AVLNode<AnyType> k1){
AVLNode<AnyType> k2=k1.right;
k1.right=k2.left;
k2.left=k1;
k2.height=Math.max(getHeight(k2.left), getHeight(k2.right))+1;
k1.height=Math.max(getHeight(k1.left), getHeight(k1.right))+1;
return k2;
}
//单旋转右旋转
private AVLNode<AnyType> rotateWithRightChild(AVLNode<AnyType> k1){
AVLNode<AnyType> k2=k1.left;
k1.left=k2.right;
k2.right=k1;
k2.height=Math.max(getHeight(k2.left), getHeight(k2.right))+1;
k1.height=Math.max(getHeight(k1.left), getHeight(k1.right))+1;
return k2;
}
//双旋转左旋转,分为两个步骤:先右旋转以右孩子为根的子树,然后左旋转k1
private AVLNode<AnyType> doubleWithLeftChild(AVLNode<AnyType> k1){
k1.right=rotateWithRightChild(k1.right);//千万要注意k1.right不要掉了,不然k2丢了
return rotateWithLeftChild(k1);
}
//双旋转右旋转,分为两个步骤:先左旋转以右孩子为根的子树,然后右旋转k1
private AVLNode<AnyType> doubleWithRightChild(AVLNode<AnyType> k1){
k1.left=rotateWithLeftChild(k1.left);//千万要注意k1.left不要掉了,不然k2丢了
return rotateWithRightChild(k1);
}
//使用递归的方式插入,每次返回插入子树根节点,x为待插入元素
@SuppressWarnings("unchecked")
private AVLNode<AnyType> insert(AnyType x,AVLNode<AnyType> t){
System.out.print(x+" ");
if(t==null)
return new AVLNode(x,null,null);
int result=compare(x, t.element);
if(result<0){
t.left=insert(x, t.left);
if(getHeight(t.left)-getHeight(t.right)==2)
if(compare(x, t.left.element)<0)
t=rotateWithRightChild(t);
if(compare(x, t.left.element)>0)
t=doubleWithRightChild(t);
}
if(result>0){
t.right=insert(x, t.right);
if(getHeight(t.right)-getHeight(t.left)==2)
if(compare(x,t.right.element)>0)
t=rotateWithLeftChild(t);
if(compare(x,t.right.element)<0)
t=doubleWithLeftChild(t);
}
t.height=Math.max(getHeight(t.left), getHeight(t.right))+1;
return t;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void createAVl(AnyType [] data){
for(AnyType a:data)
root=insert(a, root);
}
private void printTree(AVLNode root){
if(root==null)
return ;
printTree(root.left);
System.out.print(root.element+" ");
printTree(root.right);
}
public static void main(String []args){
Integer []data={2,6,8,4,12,45,25,14,28};
AVL<Integer> avl=new AVL<Integer>();
avl.createAVl(data);
System.out.println();
avl.printTree(avl.root);
}
}