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      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

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      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

      2025-02-12 09:28:16 阅读次数:57

      AVL,因子,子树,平衡,插入,旋转,结点

      1.什么是AVL树

      AVL树(Adelson-Velsky and Landis Tree)是一种自平衡的二叉查找树(Binary Search Tree, BST),它的特点是每个节点的左子树和右子树的高度差(称为平衡因子)不能超过1。AVL树是由俄罗斯数学家Adelson-Velsky和Landis于1962年提出的。

      1.1 树的结构

       AVL树与普通的二叉搜索树一样,满足以下两个条件:
      1. 二叉查找树性质:对于树中的任意一个节点,左子树的所有节点的值小于该节点的值,右子树的所有节点的值大于该节点的值。
      2. 平衡性:对于树中的每个节点,左子树和右子树的高度差的绝对值(即平衡因子)不能大于1。

      1.2平衡因子的引入

      对于树中某个节点 ( N ),其平衡因子 ( BF(N) ) 定义为:
      BF(N) = 右子树高度-左子树高度
      - 如果 BF(N) = 0 ,表示该节点的左右子树高度相等。
      - 如果 BF(N) = 1 ,表示该节点的左子树比右子树高1。
      - 如果 BF(N) = -1 ,表示该节点的右子树比左子树高1。
      - 如果 ( |BF(N)| > 1 ),表示该节点的子树不平衡,需进行旋转操作来恢复平衡。

      1.3 旋转操作的大致说明

      为了保持AVL树的平衡性,当插入或删除节点后,树可能会失去平衡。此时需要通过旋转操作来恢复平衡。常见的旋转操作有四种:
      1. 右旋转(Single Rotation, Right Rotation):适用于左子树过高(左重)的情况。
      2. 左旋转(Single Rotation, Left Rotation):适用于右子树过高(右重)的情况。
      3. 左-右旋转(Double Rotation, Left-Right Rotation): 适用于左子树的右子树过高的情况。
      4. 右-左旋转(Double Rotation, Right-Left Rotation): 适用于右子树的左子树过高的情况。

      1.4 插入与删除操作

       

      - 插入操作:当一个新节点插入AVL树时,首先按照二叉查找树的方式插入节点。然后,通过遍历树的路径来检查是否有节点失衡,如果有,进行相应的旋转操作。
      - 删除操作:删除节点后,可能导致树的不平衡,需要检查并恢复平衡,通常需要进行旋转操作。

      平衡性与时间复杂度
      - 插入、删除、查找操作的时间复杂度为 O(log n) ,其中  n 是树中节点的数量。由于AVL树保证了平衡,因此在最坏情况下,树的高度为 O(log n) ),使得这些操作的时间复杂度得到保证。

      1.5AVL树的优点和缺点

      优点:
      - 相比普通的二叉查找树,AVL树提供了更稳定的查询时间,因为它保持了树的平衡性。
      - 对于频繁进行查找操作的应用,AVL树的性能较好。

      缺点:
      - 由于在插入和删除操作后需要进行旋转操作,AVL树的插入和删除操作较为复杂。
      - 相比于其他自平衡树(如红黑树),AVL树的维护成本稍高,因为它需要频繁检查并调整平衡。

      部分图例展示 

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

      该图就是要进行旋转操作

      2.AVL树的实现

      2.1 AVL树的整体框架

      AVL树的结构跟二叉搜索树几乎是类似的,我们需要添加一个int变量来记录平衡因子,且增加一个parent结点指针来辅助平衡因子的找寻和修改,在后续的旋转操作我们会认识到它的作用。

      #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
      #include <iostream>
      using namespace std;
      template<class K, class V>
      struct AVLTreeNode {
      	pair<K, V> _kv;
      	AVLTreeNode<K, V>* _parent;
      	AVLTreeNode<K, V>* _left;
      	AVLTreeNode<K, V>* _right;
      	int _BF;
      
      	AVLTreeNode(const pair<K, V>& kv)
      		: _kv(kv), _parent(nullptr), _left(nullptr), _right(nullptr), _BF(0){}
      };
      template<class K,class V>
      class AVLTree {
      	using Node = AVLTreeNode<K, V>;
      public:
      	//AVL树的构建和操作
      	bool Insert(const pair<K, V>& kv) {}
      	void RotateR(Node* parent) {}
      	void RotateL(Node* parent){}
      	void RotateLR(Node* parent) {}
      	void RotateRL(Node* parent) {}
      	Node Find(const K& key){}
      private:
      	Node* _root = nullptr;
      };
      int main() {
      	return 0;
      }

      2.2 AVL树的插入

      2.2.1 AVL树插入一个值的过程

      1. 插入一个值按二叉搜索树规则进行插入。
      2. 新增结点以后,只会影响祖先结点的高度,也就是可能会影响部分祖先结点的平衡因子,所以更新从新增结点->根结点路径上的平衡因子,实际中最坏情况下要更新到根,有些情况更新到中间就可以停止了,具体情况我们下面再详细分析。
      3. 更新平衡因子过程中没有出现问题,则插入结束
      4. 更新平衡因子过程中出现不平衡,对不平衡子树旋转,旋转后本质调平衡的同时,本质降低了子树的高度,不会再影响上一层,所以插入结束。

       

      2.2.2 平衡因子更新

      更新原则
       
      平衡因子 = 右子树高度-左子树高度
       
      只有子树高度变化才会影响当前结点平衡因子。
       
      插入结点,会增加高度,所以新增结点在parent的右子树,parent的平衡因子++,新增结点在
      parent的左子树,parent平衡因子--
       
      parent所在子树的高度是否变化决定了是否会继续往上更新
      更新停止条件
       
      更新后parent的平衡因子等于0,更新中parent的平衡因子变化为-1->0 或者 1->0,说明更新前
      parent子树一边高一边低,新增的结点插入在低的那边,插入后parent所在的子树高度不变,不会
      影响parent的父亲结点的平衡因子,更新结束。
       
      更新后parent的平衡因子等于1 或 -1,更新前更新中parent的平衡因子变化为0->1 或者 0->-1,说
      明更新前parent子树两边一样高,新增的插入结点后,parent所在的子树一边高一边低,parent所在的子树符合平衡要求,但是高度增加了1,会影响parent的父亲结点的平衡因子,所以要继续向上更新。
       
      更新后parent的平衡因子等于2 或 -2,更新前更新中parent的平衡因子变化为1->2 或者 -1->-2,说明更新前parent子树一边高一边低,新增的插入结点在高的那边,parent所在的子树高的那边更高了,破坏了平衡,parent所在的子树不符合平衡要求,需要旋转处理。
      旋转的目标

      1、把 parent子树旋转平衡。

      2、降低parent子树的高度,恢复到插入结点以前的高度。所以旋转后也不需要继续往上更新,插入结束。

       

      图例展示

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

      更新到10结点,发现平衡因子变为2,破坏了10子树结构,需要进行旋转。

       C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       更新到中间结点,3为根的子树高度不变,不会影响上一层,更新结束

       

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

      最坏的情况一直更新到根结点 

      2.2.3    结点插入和平衡因子的更新

      当一个新节点插入AVL树时,首先按照二叉查找树的方式插入节点。然后,通过遍历树的路径来检查是否有节点失衡,如果有,进行相应的旋转操作。

      先找到插入结点的位置,在进行插入,然后检查更新平衡因子,这里我们在前面定义的_parent的作用就逐渐体现出来了。

      bool Insert(const pair<K, V>& kv) {
      	if (_root == nullptr) {
      		_root = new Node(kv);
      		return true;
      	}
      	Node* parent = nullptr;
      	Node* cur = _root;
      	while (cur) {
      		if (cur->_kv.first < kv.first) {
      			parent = cur;
      			cur = cur->_right;
      		}
      		else if (cur->_kv.first > kv.first) {
      			parent = cur;
      			cur = cur->_left;
      		}
      		else
      			return false;
      	}
      	cur = new Node(kv);
      	
      		if (kv.first < parent->_kv.first) {
      			parent->_left = cur;
      		}
      		else
      			parent->_right = cur;
      	
      	//链接父亲,方便后续更新平衡因子
      	cur->_parent = parent;
      	//控制平衡,平衡因子更新
      	while (parent) {
      		if (cur == parent->_left)
      			parent->_BF--;
      		else 
      			parent->_BF++;
      		if (parent->_BF == 0)
      			break;
      		else if (parent->_BF == 1 && parent->_BF == -1) {
      			cur = parent;
      			parent = parent->_parent;
      		}
      		else if (parent->_BF == 2 && parent->_BF == -2) {
      			//旋转处理
      			break;
      		}
      		else
      			return false;
      	}
      }

      2.3 旋转

      2.3.1 旋转的原则

      保持搜索树的规则,让旋转的树从不满足变平衡,其次降低旋转树的高度

      旋转总共分为四种,左单旋/右单旋/左右双旋/右左双旋。

      说明:下面的图中,有些结点给的是具体值,方便观察。
       

      2.3.2 右单旋

      图例文字描述

      图展示的是10为根的树,有a/b/c抽象为三棵高度为h的子树(h>=0),a/b/c均符合AVL树的要 求。10可能是整棵树的根,也可能是一个整棵树中局部的子树的根。这里a/b/c是⾼度为h的子树, 是一种概括抽象表示,代表了所有右单旋的场景,实际右单旋形态有很多种。

      在a子树中插入一个新结点,导致a子树的高度从h变成h+1,不断向上更新平衡因子,导致10的平
      衡因子从-1变成-2,10为根的树左右高度差超过1,违反平衡规则。10为根的树左边太高了,需要往右边旋转,控制两棵树的平衡。
       
      旋转核心步骤,因为5 < b子树的值 < 10,将b变成10的左子树,10变成5的右子树,5变成这棵树新的根,符合搜索树的规则,控制了平衡,同时这棵的高度恢复到了插入之前的h+2,符合旋转原
      则。如果插入之前10是整棵树的一个局部子树,旋转后不会再影响上一层,插入结束了。

       

       

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

      右单旋的详细描述
       
      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)
       

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

      右单旋代码

      void RotateR(Node* parent)
      {
      Node* subL = parent->_left;
      Node* subLR = subL->_right;
      // 需要注意除了要修改孩⼦指针指向,还是修改⽗亲
      parent->_left = subLR;
      if (subLR)
      subLR->_parent = parent;
      Node* parentParent = parent->_parent;
      subL->_right = parent;
      parent->_parent = subL;
      // parent有可能是整棵树的根,也可能是局部的⼦树
      // 如果是整棵树的根,要修改_root
      // 如果是局部的指针要跟上⼀层链接
      if (parentParent == nullptr)
      {
      _root = subL;
      subL->_parent = nullptr;
      }
      else
      
      {
      if (parent == parentParent->_left)
      {
      parentParent->_left = subL;
      }
      else
      {
      parentParent->_right = subL;
      }
      subL->_parent = parentParent;
      }
      parent->_bf = subL->_bf = 0;
      }

       

      2.3.3 左单旋

      图例文字描述

      展示的是10为根的树,有a/b/c抽象为三棵高度为h的子树(h>=0),a/b/c均符合AVL树的要求。10可能是整棵树的根,也可能是一个整棵树中局部的子树的根。这里a/b/c是高度为h的子树,是一种概括抽象表示,代表了所有左单旋的场景,实际左单旋形态有很多种,具体跟上面右旋类似。
       
      在a子树中插入一个新结点,导致a子树的⾼度从h变成h+1,不断向上更新平衡因子,导致10的平衡因子从1变成2,10为根的树左右高度差超过1,违反平衡规则。10为根的树右边太高了,需要往左边旋转,控制两棵树的平衡。
       
      旋转核心步骤,因为10 < b子树的值 < 15,将b变成10的右子树,10变成15的左子树,15变成这棵
      树新的根,符合搜索树的规则,控制了平衡,同时这棵的高度恢复到了插入之前的h+2,符合旋转
      原则。如果插入之前10整棵树的一个局部子树,旋转后不会再影响上一层,插入结束了。

       

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

       左单旋代码

      void RotateL(Node* parent){
      	Node* subR = parent->_right;
      	Node* subRL = subR->_left;
      	parent->_right = subRL;
      	if (subRL)
      		subRL->_parent = parent;
      	subR->_left = parent;
      	Node* parent_Parent = parent->_parent;
      	parent->_parent = subR;
      	if (parent_Parent == nullptr) {
      		_root = subR;
      		subR->_parent = nullptr;
      	}
      	else {
      		if (parent == parent_Parent->_left)
      			parent_Parent->_left = subR;
      		else
      			parent_Parent->_right = subR;
      
      		subR->_parent = parent_Parent;
      	}
      	parent->_BF = subR->_BF = 0;
      }

       

      2.3.4 左右双旋

      图形文字描述

      通过下面的图可以看到,左边高时,如果插入位置不是在a子树,而是插入在b子树,b子树高度从h变 成h+1,引发旋转,右单旋无法解决问题,右单旋后,我们的树依旧不平衡。右单旋解决的纯粹的左边高,但是插入在b子树中,10为跟的子树不再是单纯的左边高,对于10是左边高,但是对于5是右边高,需要用两次旋转才能解决,以5为旋转点进行一个左单旋,以10为旋转点进行一个右单旋,这棵树这棵树就平衡了。

       

      只进行了右旋的错误示范图 

       

       

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

      下面我们将a/b/c子树抽象为高度h的AVL子树进行分析,另外我们需要把b子树的细节进⼀步展开为8和左子树高度为h-1的e和f子树,因为我们要对b的父亲5为旋转点进行左单旋,左单旋需要动b树中的左子树。b子树中新增结点的位置 不同,平衡因子更新的细节也不同,通过观察8的平衡因子不同,这里我们要分三个场景讨论。
       
      场景1:h >= 1时,新增结点插入在e子树,e子树高度从h-1并为h并不断更新8->5->10平衡因子, 引发旋转,其中8的平衡因子为-1,旋转后8和5平衡因子为0,10平衡因子为1。

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       
      场景2:h >= 1时,新增结点插入在f子树,f子树高度从h-1变为h并不断更新8->5->10平衡因子,引发旋转,其中8的平衡因子为1,旋转后8和10平衡因子为0,5平衡因子为-1。
       
      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)
       
      场景3:h == 0时,a/b/c都是空树,b自己就是一个新增结点,不断更新5->10平衡因子,引发旋
      转,其中8的平衡因子为0,旋转后8和10和5平衡因子均为0。

       C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

      代码书写

      void RotateLR(Node* parent) {
      	Node* subL = parent->_left;
      	Node* subLR = subL->_right;
      	int bf = subLR->_BF;
      	RotateL(parent->_left);
      	RotateR(parent);
      	if (bf == 0) {
      		subLR->_BF = 0;
      		parent->_BF = 0;
      		subL->_BF = 0;
      	}
      	else if (bf == 1) {
      		subLR->_BF = 0;
      		parent->_BF = 0;
      		subL->_BF = -1;
      	}
      	else if (bf == -1) {
      		subLR->_BF = 0;
      		parent->_BF = 1;
      		subL->_BF = 0;
      	}
      	else
      	{
      		assert(false);
      	}
      
      }

       

      重点是平衡因子的更新

      2.3.5 右左双旋

      跟左右双旋类似,下面将a/b/c子树抽象为高度h的AVL子树进行分析,另外我们需要把b子树的
      细节进一步展开为12和左子树高度为h-1的e和f子树,因为我们要对b的父亲15为旋转点进行右单旋,右单旋需要动b树中的右子树。b子树中新增结点的位置不同,平衡因子更新的细节也不同,通过观察12的平衡因子不同,这里同样要分三个场景讨论。
       
      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)
      场景1:h >= 1时,新增结点插入在e子树,e子树高度从h-1变为h并不断更新12->15->10平衡因
      子,引发旋转,其中12的平衡因子为-1,旋转后10和12平衡因子为0,15平衡因子为1。

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       
      场景2:h >= 1时,新增结点插入在f子树,f子树高度从h-1变为h并不断更新12->15->10平衡因子, 引发旋转,其中12的平衡因子为1,旋转后15和12平衡因子为0,10平衡因子为-1。

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       
      场景3:h == 0时,a/b/c都是空树,b自己就是一个新增结点,不断更新15->10平衡因子,引发旋转,其中12的平衡因子为0,旋转后10和12和15平衡因子均为0。

      C++之AVL树的深邃(图文并茂,万字详解)

       

      代码展示

      void RotateRL(Node* parent) {
      	Node* subR = parent->_right;
      	Node* subRL = subR->_left;
      	int bf = subRL->_BF;
      	RotateR(parent->_right);
      	RotateL(parent);
      	if (bf == 0) {
      		subR->_BF = 0;
      		subRL->_BF = 0;
      		parent->_BF = 0;
      	}
      	else if (bf == 1) {
      		subR->_BF = 0;
      		subRL->_BF = 0;
      		parent->_BF = -1;
      	}
      	else if (bf == -1) {
      		subR->_BF = 1;
      		subRL->_BF = 0;
      		parent->_BF = 0;
      	}
      	else {
      		assert(false);
      	}
      }

      2.4 AVL树的查找

      仿照二叉搜索树的逻辑进行查找,效率O(log n)

      Node*Find(const K& key){
      	Node* cur = _root;
      	while (cur)
      	{
      		if (cur->_kv.first > key)
      			cur = cur->_left;
      		else if (cur->_kv.first < key)
      			cur = cur->_right;
      		else
      			return cur;
      	}
      	return nullptr;
      }
      

       

      2.5 AVL树平衡检测(了解)

      实现的AVL树是否合格,我们通过检查左右子树高度差的的程序进行反向验证,同时检查⼀下结点的平衡因子更新是否出现了问题。

       

      bool _IsBalanceTree(Node* root)
      {
      	// 空树也是AVL树
      	if (nullptr == root)
      		return true;
      	// 计算pRoot结点的平衡因子:即pRoot左右子树的高度差
      	int leftHeight = _Height(root->_left);
      	int rightHeight = _Height(root->_right);
      	int diff = rightHeight - leftHeight;
      
      	// 如果计算出的平衡因子与pRoot的平衡因子不相等,或者
      	// pRoot平衡因子的绝对值超过1,则一定不是AVL树
      	if (abs(diff) >= 2)
      	{
      		cout << root->_kv.first << "高度差异常" << endl;
      		return false;
      	}
      
      	if (root->_BF != diff)
      	{
      		cout << root->_kv.first << "平衡因子异常" << endl;
      		return false;
      	}
      
      	// pRoot的左和右如果都是AVL树,则该树一定是AVL树
      	return _IsBalanceTree(root->_left) && _IsBalanceTree(root->_right);
      }

       

      我们仿照前面二叉树的学习将高度和大小,中序遍历求解也写下

      void _InOrder(Node* root)
      {
      	if (root == nullptr)
      	{
      		return;
      	}
      
      	_InOrder(root->_left);
      	cout << root->_kv.first << ":" << root->_kv.second << endl;
      	_InOrder(root->_right);
      }
      int _Height(Node* root) {
      
      	if (root == nullptr) {
      		return 0;
      	}
      	int Left_height = _Height(root->_left);
      	int Right_height = _Height(root->_right);
      	return Left_height > Right_height ? Left_height + 1 : Right_height + 1;
      }
      int _Size(Node* root)
      {
      	if (root == nullptr)
      		return 0;
      
      	return _Size(root->_left) + _Size(root->_right) + 1;
      }

       

      我们同样按照二叉搜索树一样是将这些函数封装在private中,在public中在定义函数调用这些函数,不然在外面传根节点有点麻烦。

       

      3. 完整代码(附测试代码函数)

       

      #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
      #include <iostream>
      #include <assert.h>
      #include <vector>
      using namespace std;
      template<class K, class V>
      struct AVLTreeNode {
      	pair<K, V> _kv;
      	AVLTreeNode<K, V>* _parent;
      	AVLTreeNode<K, V>* _left;
      	AVLTreeNode<K, V>* _right;
      	int _BF;
      
      	AVLTreeNode(const pair<K, V>& kv)
      		: _kv(kv), _parent(nullptr), _left(nullptr), _right(nullptr), _BF(0){}
      };
      template<class K,class V>
      class AVLTree {
      	using Node = AVLTreeNode<K, V>;
      public:
      	//AVL树的构建和操作
      	bool Insert(const pair<K, V>& kv) {
      		if (_root == nullptr) {
      			_root = new Node(kv);
      			return true;
      		}
      		Node* parent = nullptr;
      		Node* cur = _root;
      		while (cur) {
      			if (cur->_kv.first < kv.first) {
      				parent = cur;
      				cur = cur->_right;
      			}
      			else if (cur->_kv.first > kv.first) {
      				parent = cur;
      				cur = cur->_left;
      			}
      			else
      				return false;
      		}
      		cur = new Node(kv);
      		
      			if (kv.first < parent->_kv.first) {
      				parent->_left = cur;
      			}
      			else
      				parent->_right = cur;
      		
      		//链接父亲,方便后续更新平衡因子
      		cur->_parent = parent;
      		//控制平衡,平衡因子更新
      		while (parent) {
      			if (cur == parent->_left)
      		   parent->_BF--;
      	     	else 
      				parent->_BF++;
      
      			if (parent->_BF == 0) 
      				break;
      			else if (parent->_BF == 1 || parent->_BF == -1) {
      				cur = parent;
      				parent = parent->_parent;
      			}
      			else if (parent->_BF == 2 || parent->_BF == -2) {
      				if (parent->_BF == 2 && cur->_BF == 1)
      					RotateL(parent);
      				else if (parent->_BF == -2 && cur->_BF == -1) 
      					RotateR(parent);
      				else if (parent->_BF == 2 && cur->_BF == -1) 
      					RotateRL(parent);
      				else if (parent->_BF == -2 && cur->_BF == 1) 
      					RotateLR(parent);
      				else 
      					assert(false);
      				
      				break;
      			}
      			else 
      				return false;
      			
      		}
      		return true;
      	}
      	void RotateR(Node* parent) {
      		Node* subL = parent->_left;
      		Node* subLR = subL->_right;
      		parent->_left = subLR;
      		if (subLR)
      			subLR->_parent = parent;
      		Node* parent_Parent = parent->_parent;
      		subL->_right = parent;
      		parent->_parent = subL;
      		//parent可能是整棵树的根,也可能是局部根
      		//局部根要向上链接,更新祖父的结点信息
      		if(parent_Parent==nullptr){
      			_root = subL;
      			subL->_parent = nullptr;
      		}
      		else {
      			if (parent_Parent->_left == parent)
      				parent_Parent->_left = subL;
      			else
      				parent_Parent->_right = subL;
      
      			subL->_parent = parent_Parent;
      		}	
      		parent->_BF = subL->_BF = 0;
      	}
      	void RotateL(Node* parent) {
      		Node* subR = parent->_right;
      		Node* subRL = subR->_left;
      		parent->_right = subRL;
      		if (subRL)
      			subRL->_parent = parent;
      
      		subR->_left = parent;
      		Node* parent_Parent = parent->_parent;
      		parent->_parent = subR;
      
      		// 更新 parent_Parent 的子节点指针
      		if (parent_Parent == nullptr) {
      			_root = subR;
      			subR->_parent = nullptr;
      		}
      		else {
      			if (parent == parent_Parent->_left)
      				parent_Parent->_left = subR;
      			else
      				parent_Parent->_right = subR;
      
      			subR->_parent = parent_Parent;
      		}
      
      		parent->_BF = subR->_BF = 0;
      	}
      	void RotateLR(Node* parent) {
      		Node* subL = parent->_left;
      		Node* subLR = subL->_right;
      		int bf = subLR->_BF;
      		RotateL(parent->_left);
      		RotateR(parent);
      		if (bf == 0) {
      			subLR->_BF = 0;
      			parent->_BF = 0;
      			subL->_BF = 0;
      		}
      		else if (bf == 1) {
      			subLR->_BF = 0;
      			parent->_BF = 0;
      			subL->_BF = -1;
      		}
      		else if (bf == -1) {
      			subLR->_BF = 0;
      			parent->_BF = 1;
      			subL->_BF = 0;
      		}
      		else
      		{
      			assert(false);
      		}
      
      	}
      	void RotateRL(Node* parent) {
      		Node* subR = parent->_right;
      		Node* subRL = subR->_left;
      		int bf = subRL->_BF;
      		RotateR(parent->_right);
      		RotateL(parent);
      		if (bf == 0) {
      			subR->_BF = 0;
      			subRL->_BF = 0;
      			parent->_BF = 0;
      		}
      		else if (bf == 1) {
      			subR->_BF = 0;
      			subRL->_BF = 0;
      			parent->_BF = -1;
      		}
      		else if (bf == -1) {
      			subR->_BF = 1;
      			subRL->_BF = 0;
      			parent->_BF = 0;
      		}
      		else {
      			assert(false);
      		}
      	}
      	Node*Find(const K& key){
      		Node* cur = _root;
      		while (cur)
      		{
      			if (cur->_kv.first > key)
      				cur = cur->_left;
      			else if (cur->_kv.first < key)
      				cur = cur->_right;
      			else
      				return cur;
      		}
      		return nullptr;
      	}
      
      	void InOrder()
      	{
      		_InOrder(_root);
      		cout << endl;
      	}
      
      	int Height()
      	{
      		return _Height(_root);
      	}
      
      	int Size()
      	{
      		return _Size(_root);
      	}
      
      	bool IsBalanceTree()
      	{
      		return _IsBalanceTree(_root);
      	}
      private:
      	void _InOrder(Node* root)
      	{
      		if (root == nullptr)
      		{
      			return;
      		}
      
      		_InOrder(root->_left);
      		cout << root->_kv.first << ":" << root->_kv.second << endl;
      		_InOrder(root->_right);
      	}
      	int _Height(Node* root) {
      
      		if (root == nullptr) {
      			return 0;
      		}
      		int Left_height = _Height(root->_left);
      		int Right_height = _Height(root->_right);
      		return Left_height > Right_height ? Left_height + 1 : Right_height + 1;
      	}
      	int _Size(Node* root)
      	{
      		if (root == nullptr)
      			return 0;
      
      		return _Size(root->_left) + _Size(root->_right) + 1;
      	}
      	bool _IsBalanceTree(Node* root)
      	{
      		// 空树也是AVL树
      		if (nullptr == root)
      			return true;
      		// 计算pRoot结点的平衡因子:即pRoot左右子树的高度差
      		int leftHeight = _Height(root->_left);
      		int rightHeight = _Height(root->_right);
      		int diff = rightHeight - leftHeight;
      
      		// 如果计算出的平衡因子与pRoot的平衡因子不相等,或者
      		// pRoot平衡因子的绝对值超过1,则一定不是AVL树
      		if (abs(diff) >= 2)
      		{
      			cout << root->_kv.first << "高度差异常" << endl;
      			return false;
      		}
      
      		if (root->_BF != diff)
      		{
      			cout << root->_kv.first << "平衡因子异常" << endl;
      			return false;
      		}
      
      		// pRoot的左和右如果都是AVL树,则该树一定是AVL树
      		return _IsBalanceTree(root->_left) && _IsBalanceTree(root->_right);
      	}
      private:
      	Node* _root = nullptr;
      };
      
      void TestAVLTree1()
      {
      	AVLTree<int, int> t;
      	// 常规的测试用例
      	int a[] = { 16, 3, 7, 11, 9, 26, 18, 14, 15 };
      	// 特殊的带有双旋场景的测试用例
      	//int a[] = { 4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
      
      	for (auto e : a)
      	{
      		t.Insert({ e, e });
      	}
      
      	t.InOrder();
      	cout << t.IsBalanceTree() << endl;
      }
      void test2() {
      	AVLTree<int, int> tree;
      	const int N = 100000;
      	vector<int> v;
      	v.reserve(N);
      	srand(time(0));
      	for (int i = 0; i < N; i++) {
      		v.push_back(rand() + i);
      	}
      	for (auto e : v) {
      		tree.Insert({ e, e });
      	}
      	size_t end2 = clock();
      
      	cout << tree.IsBalanceTree() << endl;
      
      	cout << "Height:" << tree.Height() << endl;
      	cout << "Size:" << tree.Size() << endl;
      
      	size_t begin1 = clock();
      	// 确定在的值
      	for (auto e : v)
      	{
      		tree.Find(e);
      	}
      	// 随机值
      	/*for (size_t i = 0; i < N; i++)
      	{
      		t.Find((rand() + i));
      	}*/
      
      }
      
      int main() {
      	//test2();
      	TestAVLTree1();
      	return 0;
      }

      测试部分我们用了随机的数据插入来验证AVL树更具有说服力。

      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:https://blog.csdn.net/2302_79376097/article/details/144176856,作者:禁默,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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      删除链表的倒数第 N 个结点,24. 两两交换链表中的节点,

      给你一个链表,删除链表的倒数第 n 个结点,并且返回链表的头结点。

      2025-05-12 09:10:14
      lt , 结点 , 节点 , 链表
      2025-05-12 08:57:48

      旋转链表

      给你一个链表的头节点 head ,旋转链表,将链表每个节点向右移动 k 个位置。

      2025-05-12 08:57:48
      lt , 旋转 , 示例 , 节点 , 链表
      2025-05-09 08:51:21

      平衡二叉搜索树的实现

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