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数据结构与算法之平衡二叉树的构建和遍历

程序员文章站 2024-03-08 18:34:46
...

定义:
平衡二叉树(Balanced Binary Tree)具有以下性质:它是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1,并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树。平衡二叉树的常用实现方法有红黑树、AVL、替罪羊树、Treap、伸展树等。

产生原因:
如果待添加节点的值是有顺序的如{1,3,5,8,9,13}按照排序二叉树就会排列成如下图所示,这样它更像链表,添加效率高,遍历效率低,因为每次还要判断左节点是否为空,所以遍历效率比链表都要低所以产生了平衡二叉树又叫AVL树,它是一种平衡的排序二叉树;

数据结构与算法之平衡二叉树的构建和遍历

构建方发:
先按照生成二叉排序树的方法构造二叉树,直至二叉树变得不平衡,即出现这样的节点:左子树与右子树的高度差大于1。至于如何调整,要看插入的导致二叉树不平衡的节点的位置。主要有四种调整方式:LL(左旋)、RR(右旋)、LR(先左旋再右旋)、RL(先右旋再左旋)。

java代码实现

package com.yg.tree.avlTree;/*
@author  Mu_Mu
@date    2020/3/11  14:22
*/

import java.sql.SQLOutput;

public class AvlTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
    int []arr={2,1,6,5,7,3};
    AvlTree avlTree=new AvlTree();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            avlTree.add(new Node(arr[i]));
        }

        //遍历
        avlTree.infixOrder();
        System.out.println("树的高度:"+avlTree.getRoot().getHeight());
        System.out.println("树的左子树高度:"+avlTree.getRoot().getLeftHeight());
        System.out.println("树的右子树高度:"+avlTree.getRoot().getRightHeight());
    }
}

class AvlTree {
    private Node root;

    public Node getRoot() {
        return root;
    }

    public void infixOrder() {
        if (root == null) {
            return;
        }
        root.infixOreder();
    }

    public void add(Node node) {
        if (root == null) {
            root = node;
        } else {
            root.add(node);
        }

    }
}

class Node {
    int value;
    Node left;
    Node right;

    public Node(int value) {
        this.value = value;
    }

    //中序遍历
    public void infixOreder() {
        if (this.left != null) {
            this.left.infixOreder();
        }
        System.out.println(this);
        if (this.right != null) {
            this.right.infixOreder();
        }
    }

    //添加节点
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        if (node.value < this.value) {
            if (this.left == null) {
                this.left = node;
            } else {
                this.left.add(node);
            }
        } else {
            if (this.right == null) {
                this.right = node;
            } else {
                this.right.add(node);

            }

        }
        //构建平衡排序二叉树
        if (getRightHeight() - getLeftHeight() > 1) {//如果右边长度-左边长度大于1则需要左旋转
            //如果右子树的左子树大于右子树的右子树
            if (right != null && right.getLeftHeight() > right.getRightHeight()) {
                right.rightRotate();
            }
                leftRotate();
            return;
        }
        if (getLeftHeight() - getRightHeight() > 1) {//如果左边长度-右边长度大于1则需要右旋转
            //如果左子树的右子树大于左子树的左子树
            if (left!=null && left.getRightHeight()>left.getLeftHeight()) {
                left.leftRotate();
            }
            rightRotate();
        }
    }

    //获取传入子树的长度
    public int getHeight() {
        return Math.max(left == null ? 0 : left.getHeight(), right == null ? 0 : right.getHeight()) + 1;
    }

    //获取左子树的长度
    public int getLeftHeight() {
        if (left == null) {
            return 0;
        }
        return left.getHeight();
    }

    //获取右子树的长度
    public int getRightHeight() {
        if (right == null) {
            return 0;
        }
        return right.getHeight();
    }

    //左旋转
    public void leftRotate() {
        //1.以当前节点的值创建一个新的节点
        Node Newnode = new Node(this.value);
        //2.新节点的左节点指向当前节点的左节点
        Newnode.left = this.left;
        //3.新节点的右节点指向当前节点的左节点
        Newnode.right = this.right.left;
        //4.当前节点的值变为右节点的值
        this.value = this.right.value;
        //5.当前节点的左节点指向新节点
        this.left = Newnode;
        //6.当前节点的右节点指向当前节点右节点的右节点
        this.right = this.right.right;
    }

    //右旋转
    public void rightRotate() {
        //1.以当前节点的值创建一个新的节点
        Node Newnode = new Node(this.value);
        //2.新节点的左节点指向当前节点的左节点的右节点
        Newnode.left = this.left.right;
        //3.新节点的右节点指向当前节点的右节点
        Newnode.right = this.right;
        //4.当前节点的值变为当前节点左节点的值
        this.value = this.left.value;
        //5.当前节点的右节点指向新节点
        this.right = Newnode;
        //6.当前节点的左节点指向当前节点左节点的左节点
        this.left = this.left.left;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Node{" +
                "value=" + value +
                '}';
    }
}