数据结构与算法之平衡二叉树的构建和遍历
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2024-03-08 18:34:46
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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;
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 +
'}';
}
}