refactor: Replace 结点 with 节点 (#452)
* Replace 结点 with 节点 Update the footnotes in the figures * Update mindmap * Reduce the size of the mindmap.png
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Before Width: | Height: | Size: 55 KiB After Width: | Height: | Size: 55 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 56 KiB After Width: | Height: | Size: 56 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 72 KiB After Width: | Height: | Size: 71 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 72 KiB After Width: | Height: | Size: 71 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 83 KiB After Width: | Height: | Size: 83 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 75 KiB After Width: | Height: | Size: 74 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 42 KiB After Width: | Height: | Size: 42 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 55 KiB After Width: | Height: | Size: 54 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 59 KiB After Width: | Height: | Size: 59 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 70 KiB After Width: | Height: | Size: 70 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 85 KiB After Width: | Height: | Size: 84 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 65 KiB After Width: | Height: | Size: 65 KiB |
@@ -2,15 +2,15 @@
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在「二叉搜索树」章节中提到,在进行多次插入与删除操作后,二叉搜索树可能会退化为链表。此时所有操作的时间复杂度都会由 $O(\log n)$ 劣化至 $O(n)$ 。
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如下图所示,执行两步删除结点后,该二叉搜索树就会退化为链表。
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如下图所示,执行两步删除节点后,该二叉搜索树就会退化为链表。
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再比如,在以下完美二叉树中插入两个结点后,树严重向左偏斜,查找操作的时间复杂度也随之发生劣化。
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再比如,在以下完美二叉树中插入两个节点后,树严重向左偏斜,查找操作的时间复杂度也随之发生劣化。
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G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorithm for the organization of information" 中提出了「AVL 树」。**论文中描述了一系列操作,使得在不断添加与删除结点后,AVL 树仍然不会发生退化**,进而使得各种操作的时间复杂度均能保持在 $O(\log n)$ 级别。
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G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorithm for the organization of information" 中提出了「AVL 树」。**论文中描述了一系列操作,使得在不断添加与删除节点后,AVL 树仍然不会发生退化**,进而使得各种操作的时间复杂度均能保持在 $O(\log n)$ 级别。
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换言之,在频繁增删查改的使用场景中,AVL 树可始终保持很高的数据增删查改效率,具有很好的应用价值。
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@@ -18,19 +18,19 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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「AVL 树」既是「二叉搜索树」又是「平衡二叉树」,同时满足这两种二叉树的所有性质,因此又被称为「平衡二叉搜索树」。
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### 结点高度
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### 节点高度
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在 AVL 树的操作中,需要获取结点「高度 Height」,所以给 AVL 树的结点类添加 `height` 变量。
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在 AVL 树的操作中,需要获取节点「高度 Height」,所以给 AVL 树的节点类添加 `height` 变量。
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=== "Java"
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||||
```java title=""
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/* AVL 树结点类 */
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||||
/* AVL 树节点类 */
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||||
class TreeNode {
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||||
public int val; // 结点值
|
||||
public int height; // 结点高度
|
||||
public TreeNode left; // 左子结点
|
||||
public TreeNode right; // 右子结点
|
||||
public int val; // 节点值
|
||||
public int height; // 节点高度
|
||||
public TreeNode left; // 左子节点
|
||||
public TreeNode right; // 右子节点
|
||||
public TreeNode(int x) { val = x; }
|
||||
}
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||||
```
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||||
@@ -38,12 +38,12 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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||||
=== "C++"
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||||
```cpp title=""
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||||
/* AVL 树结点类 */
|
||||
/* AVL 树节点类 */
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||||
struct TreeNode {
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||||
int val{}; // 结点值
|
||||
int height = 0; // 结点高度
|
||||
TreeNode *left{}; // 左子结点
|
||||
TreeNode *right{}; // 右子结点
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||||
int val{}; // 节点值
|
||||
int height = 0; // 节点高度
|
||||
TreeNode *left{}; // 左子节点
|
||||
TreeNode *right{}; // 右子节点
|
||||
TreeNode() = default;
|
||||
explicit TreeNode(int x) : val(x){}
|
||||
};
|
||||
@@ -52,24 +52,24 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
|
||||
=== "Python"
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||||
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||||
```python title=""
|
||||
""" AVL 树结点类 """
|
||||
""" AVL 树节点类 """
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||||
class TreeNode:
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||||
def __init__(self, val: int):
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||||
self.val: int = val # 结点值
|
||||
self.height: int = 0 # 结点高度
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||||
self.left: Optional[TreeNode] = None # 左子结点引用
|
||||
self.right: Optional[TreeNode] = None # 右子结点引用
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||||
self.val: int = val # 节点值
|
||||
self.height: int = 0 # 节点高度
|
||||
self.left: Optional[TreeNode] = None # 左子节点引用
|
||||
self.right: Optional[TreeNode] = None # 右子节点引用
|
||||
```
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||||
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||||
=== "Go"
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||||
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||||
```go title=""
|
||||
/* AVL 树结点类 */
|
||||
/* AVL 树节点类 */
|
||||
type TreeNode struct {
|
||||
Val int // 结点值
|
||||
Height int // 结点高度
|
||||
Left *TreeNode // 左子结点引用
|
||||
Right *TreeNode // 右子结点引用
|
||||
Val int // 节点值
|
||||
Height int // 节点高度
|
||||
Left *TreeNode // 左子节点引用
|
||||
Right *TreeNode // 右子节点引用
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
@@ -77,10 +77,10 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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||||
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||||
```javascript title=""
|
||||
class TreeNode {
|
||||
val; // 结点值
|
||||
height; //结点高度
|
||||
left; // 左子结点指针
|
||||
right; // 右子结点指针
|
||||
val; // 节点值
|
||||
height; //节点高度
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||||
left; // 左子节点指针
|
||||
right; // 右子节点指针
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||||
constructor(val, left, right, height) {
|
||||
this.val = val === undefined ? 0 : val;
|
||||
this.height = height === undefined ? 0 : height;
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||||
@@ -94,10 +94,10 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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||||
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||||
```typescript title=""
|
||||
class TreeNode {
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||||
val: number; // 结点值
|
||||
height: number; // 结点高度
|
||||
left: TreeNode | null; // 左子结点指针
|
||||
right: TreeNode | null; // 右子结点指针
|
||||
val: number; // 节点值
|
||||
height: number; // 节点高度
|
||||
left: TreeNode | null; // 左子节点指针
|
||||
right: TreeNode | null; // 右子节点指针
|
||||
constructor(val?: number, height?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
|
||||
this.val = val === undefined ? 0 : val;
|
||||
this.height = height === undefined ? 0 : height;
|
||||
@@ -116,12 +116,12 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
|
||||
=== "C#"
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||||
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||||
```csharp title=""
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||||
/* AVL 树结点类 */
|
||||
/* AVL 树节点类 */
|
||||
class TreeNode {
|
||||
public int val; // 结点值
|
||||
public int height; // 结点高度
|
||||
public TreeNode? left; // 左子结点
|
||||
public TreeNode? right; // 右子结点
|
||||
public int val; // 节点值
|
||||
public int height; // 节点高度
|
||||
public TreeNode? left; // 左子节点
|
||||
public TreeNode? right; // 右子节点
|
||||
public TreeNode(int x) { val = x; }
|
||||
}
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||||
```
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||||
@@ -129,12 +129,12 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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||||
=== "Swift"
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||||
```swift title=""
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||||
/* AVL 树结点类 */
|
||||
/* AVL 树节点类 */
|
||||
class TreeNode {
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||||
var val: Int // 结点值
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||||
var height: Int // 结点高度
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||||
var left: TreeNode? // 左子结点
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||||
var right: TreeNode? // 右子结点
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||||
var val: Int // 节点值
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||||
var height: Int // 节点高度
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||||
var left: TreeNode? // 左子节点
|
||||
var right: TreeNode? // 右子节点
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||||
init(x: Int) {
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||||
val = x
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@@ -149,7 +149,7 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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||||
```
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||||
「结点高度」是最远叶结点到该结点的距离,即走过的「边」的数量。需要特别注意,**叶结点的高度为 0 ,空结点的高度为 -1**。我们封装两个工具函数,分别用于获取与更新结点的高度。
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||||
「节点高度」是最远叶节点到该节点的距离,即走过的「边」的数量。需要特别注意,**叶节点的高度为 0 ,空节点的高度为 -1**。我们封装两个工具函数,分别用于获取与更新节点的高度。
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||||
=== "Java"
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||||
@@ -231,9 +231,9 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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[class]{AVLTree}-[func]{updateHeight}
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```
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### 结点平衡因子
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### 节点平衡因子
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结点的「平衡因子 Balance Factor」是 **结点的左子树高度减去右子树高度**,并定义空结点的平衡因子为 0 。同样地,我们将获取结点平衡因子封装成函数,以便后续使用。
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节点的「平衡因子 Balance Factor」是 **节点的左子树高度减去右子树高度**,并定义空节点的平衡因子为 0 。同样地,我们将获取节点平衡因子封装成函数,以便后续使用。
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=== "Java"
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@@ -297,17 +297,17 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
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!!! note
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设平衡因子为 $f$ ,则一棵 AVL 树的任意结点的平衡因子皆满足 $-1 \le f \le 1$ 。
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设平衡因子为 $f$ ,则一棵 AVL 树的任意节点的平衡因子皆满足 $-1 \le f \le 1$ 。
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## AVL 树旋转
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AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影响二叉树中序遍历序列的前提下,使失衡结点重新恢复平衡**。换言之,旋转操作既可以使树保持为「二叉搜索树」,也可以使树重新恢复为「平衡二叉树」。
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||||
AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影响二叉树中序遍历序列的前提下,使失衡节点重新恢复平衡**。换言之,旋转操作既可以使树保持为「二叉搜索树」,也可以使树重新恢复为「平衡二叉树」。
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我们将平衡因子的绝对值 $> 1$ 的结点称为「失衡结点」。根据结点的失衡情况,旋转操作分为 **右旋、左旋、先右旋后左旋、先左旋后右旋**,接下来我们来一起来看看它们是如何操作的。
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我们将平衡因子的绝对值 $> 1$ 的节点称为「失衡节点」。根据节点的失衡情况,旋转操作分为 **右旋、左旋、先右旋后左旋、先左旋后右旋**,接下来我们来一起来看看它们是如何操作的。
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### Case 1 - 右旋
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如下图所示(结点下方为「平衡因子」),从底至顶看,二叉树中首个失衡结点是 **结点 3**。我们聚焦在以该失衡结点为根结点的子树上,将该结点记为 `node` ,将其左子结点记为 `child` ,执行「右旋」操作。完成右旋后,该子树已经恢复平衡,并且仍然为二叉搜索树。
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如下图所示(节点下方为「平衡因子」),从底至顶看,二叉树中首个失衡节点是 **节点 3**。我们聚焦在以该失衡节点为根节点的子树上,将该节点记为 `node` ,将其左子节点记为 `child` ,执行「右旋」操作。完成右旋后,该子树已经恢复平衡,并且仍然为二叉搜索树。
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=== "<1>"
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@@ -321,11 +321,11 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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=== "<4>"
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进而,如果结点 `child` 本身有右子结点(记为 `grandChild` ),则需要在「右旋」中添加一步:将 `grandChild` 作为 `node` 的左子结点。
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进而,如果节点 `child` 本身有右子节点(记为 `grandChild` ),则需要在「右旋」中添加一步:将 `grandChild` 作为 `node` 的左子节点。
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“向右旋转”是一种形象化的说法,实际需要通过修改结点指针实现,代码如下所示。
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“向右旋转”是一种形象化的说法,实际需要通过修改节点指针实现,代码如下所示。
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=== "Java"
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@@ -393,7 +393,7 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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同理,若结点 `child` 本身有左子结点(记为 `grandChild` ),则需要在「左旋」中添加一步:将 `grandChild` 作为 `node` 的右子结点。
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同理,若节点 `child` 本身有左子节点(记为 `grandChild` ),则需要在「左旋」中添加一步:将 `grandChild` 作为 `node` 的右子节点。
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@@ -461,7 +461,7 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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### Case 3 - 先左后右
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对于下图的失衡结点 3 ,**单一使用左旋或右旋都无法使子树恢复平衡**,此时需要「先左旋后右旋」,即先对 `child` 执行「左旋」,再对 `node` 执行「右旋」。
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对于下图的失衡节点 3 ,**单一使用左旋或右旋都无法使子树恢复平衡**,此时需要「先左旋后右旋」,即先对 `child` 执行「左旋」,再对 `node` 执行「右旋」。
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@@ -477,11 +477,11 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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具体地,在代码中使用 **失衡结点的平衡因子、较高一侧子结点的平衡因子** 来确定失衡结点属于上图中的哪种情况。
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具体地,在代码中使用 **失衡节点的平衡因子、较高一侧子节点的平衡因子** 来确定失衡节点属于上图中的哪种情况。
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<div class="center-table" markdown>
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| 失衡结点的平衡因子 | 子结点的平衡因子 | 应采用的旋转方法 |
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| 失衡节点的平衡因子 | 子节点的平衡因子 | 应采用的旋转方法 |
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| ------------------ | ---------------- | ---------------- |
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| $>0$ (即左偏树) | $\geq 0$ | 右旋 |
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| $>0$ (即左偏树) | $<0$ | 先左旋后右旋 |
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@@ -490,7 +490,7 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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</div>
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为方便使用,我们将旋转操作封装成一个函数。至此,**我们可以使用此函数来旋转各种失衡情况,使失衡结点重新恢复平衡**。
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为方便使用,我们将旋转操作封装成一个函数。至此,**我们可以使用此函数来旋转各种失衡情况,使失衡节点重新恢复平衡**。
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=== "Java"
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@@ -554,9 +554,9 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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## AVL 树常用操作
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### 插入结点
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### 插入节点
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「AVL 树」的结点插入操作与「二叉搜索树」主体类似。不同的是,在插入结点后,从该结点到根结点的路径上会出现一系列「失衡结点」。所以,**我们需要从该结点开始,从底至顶地执行旋转操作,使所有失衡结点恢复平衡**。
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「AVL 树」的节点插入操作与「二叉搜索树」主体类似。不同的是,在插入节点后,从该节点到根节点的路径上会出现一系列「失衡节点」。所以,**我们需要从该节点开始,从底至顶地执行旋转操作,使所有失衡节点恢复平衡**。
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=== "Java"
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@@ -638,9 +638,9 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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[class]{AVLTree}-[func]{insertHelper}
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```
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### 删除结点
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### 删除节点
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「AVL 树」删除结点操作与「二叉搜索树」删除结点操作总体相同。类似地,**在删除结点后,也需要从底至顶地执行旋转操作,使所有失衡结点恢复平衡**。
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「AVL 树」删除节点操作与「二叉搜索树」删除节点操作总体相同。类似地,**在删除节点后,也需要从底至顶地执行旋转操作,使所有失衡节点恢复平衡**。
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=== "Java"
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@@ -742,9 +742,9 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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[class]{AVLTree}-[func]{getInOrderNext}
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```
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### 查找结点
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### 查找节点
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「AVL 树」的结点查找操作与「二叉搜索树」一致,在此不再赘述。
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「AVL 树」的节点查找操作与「二叉搜索树」一致,在此不再赘述。
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## AVL 树典型应用
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@@ -753,4 +753,4 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作,其可 **在不影
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!!! question "为什么红黑树比 AVL 树更受欢迎?"
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红黑树的平衡条件相对宽松,因此在红黑树中插入与删除结点所需的旋转操作相对更少,结点增删操作相比 AVL 树的效率更高。
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红黑树的平衡条件相对宽松,因此在红黑树中插入与删除节点所需的旋转操作相对更少,节点增删操作相比 AVL 树的效率更高。
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Before Width: | Height: | Size: 50 KiB After Width: | Height: | Size: 50 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 61 KiB After Width: | Height: | Size: 61 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 105 KiB After Width: | Height: | Size: 104 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 87 KiB After Width: | Height: | Size: 86 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 86 KiB After Width: | Height: | Size: 85 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 89 KiB After Width: | Height: | Size: 88 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 60 KiB After Width: | Height: | Size: 59 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 83 KiB After Width: | Height: | Size: 81 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 87 KiB After Width: | Height: | Size: 85 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 93 KiB After Width: | Height: | Size: 92 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 55 KiB After Width: | Height: | Size: 54 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 56 KiB After Width: | Height: | Size: 55 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 58 KiB After Width: | Height: | Size: 58 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 59 KiB After Width: | Height: | Size: 58 KiB |
@@ -2,23 +2,23 @@
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「二叉搜索树 Binary Search Tree」满足以下条件:
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1. 对于根结点,左子树中所有结点的值 $<$ 根结点的值 $<$ 右子树中所有结点的值;
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2. 任意结点的左子树和右子树也是二叉搜索树,即也满足条件 `1.` ;
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1. 对于根节点,左子树中所有节点的值 $<$ 根节点的值 $<$ 右子树中所有节点的值;
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2. 任意节点的左子树和右子树也是二叉搜索树,即也满足条件 `1.` ;
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## 二叉搜索树的操作
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### 查找结点
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### 查找节点
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给定目标结点值 `num` ,可以根据二叉搜索树的性质来查找。我们声明一个结点 `cur` ,从二叉树的根结点 `root` 出发,循环比较结点值 `cur.val` 和 `num` 之间的大小关系
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给定目标节点值 `num` ,可以根据二叉搜索树的性质来查找。我们声明一个节点 `cur` ,从二叉树的根节点 `root` 出发,循环比较节点值 `cur.val` 和 `num` 之间的大小关系
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- 若 `cur.val < num` ,说明目标结点在 `cur` 的右子树中,因此执行 `cur = cur.right` ;
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- 若 `cur.val > num` ,说明目标结点在 `cur` 的左子树中,因此执行 `cur = cur.left` ;
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- 若 `cur.val = num` ,说明找到目标结点,跳出循环并返回该结点即可;
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- 若 `cur.val < num` ,说明目标节点在 `cur` 的右子树中,因此执行 `cur = cur.right` ;
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- 若 `cur.val > num` ,说明目标节点在 `cur` 的左子树中,因此执行 `cur = cur.left` ;
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- 若 `cur.val = num` ,说明找到目标节点,跳出循环并返回该节点即可;
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=== "<1>"
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=== "<2>"
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@@ -91,16 +91,16 @@
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||||
[class]{BinarySearchTree}-[func]{search}
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||||
```
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### 插入结点
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||||
### 插入节点
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||||
给定一个待插入元素 `num` ,为了保持二叉搜索树“左子树 < 根结点 < 右子树”的性质,插入操作分为两步:
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||||
给定一个待插入元素 `num` ,为了保持二叉搜索树“左子树 < 根节点 < 右子树”的性质,插入操作分为两步:
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||||
|
||||
1. **查找插入位置**:与查找操作类似,我们从根结点出发,根据当前结点值和 `num` 的大小关系循环向下搜索,直到越过叶结点(遍历到 $\text{null}$ )时跳出循环;
|
||||
2. **在该位置插入结点**:初始化结点 `num` ,将该结点放到 $\text{null}$ 的位置 ;
|
||||
1. **查找插入位置**:与查找操作类似,我们从根节点出发,根据当前节点值和 `num` 的大小关系循环向下搜索,直到越过叶节点(遍历到 $\text{null}$ )时跳出循环;
|
||||
2. **在该位置插入节点**:初始化节点 `num` ,将该节点放到 $\text{null}$ 的位置 ;
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||||
|
||||
二叉搜索树不允许存在重复结点,否则将会违背其定义。因此若待插入结点在树中已经存在,则不执行插入,直接返回即可。
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||||
二叉搜索树不允许存在重复节点,否则将会违背其定义。因此若待插入节点在树中已经存在,则不执行插入,直接返回即可。
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||||

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||||
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||||
=== "Java"
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@@ -162,30 +162,30 @@
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[class]{BinarySearchTree}-[func]{insert}
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||||
```
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||||
为了插入结点,需要借助 **辅助结点 `pre`** 保存上一轮循环的结点,这样在遍历到 $\text{null}$ 时,我们也可以获取到其父结点,从而完成结点插入操作。
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||||
为了插入节点,需要借助 **辅助节点 `pre`** 保存上一轮循环的节点,这样在遍历到 $\text{null}$ 时,我们也可以获取到其父节点,从而完成节点插入操作。
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||||
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||||
与查找结点相同,插入结点使用 $O(\log n)$ 时间。
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||||
与查找节点相同,插入节点使用 $O(\log n)$ 时间。
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### 删除结点
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### 删除节点
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||||
与插入结点一样,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的“左子树 < 根结点 < 右子树”的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除结点。接下来,根据待删除结点的子结点数量,删除操作需要分为三种情况:
|
||||
与插入节点一样,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的“左子树 < 根节点 < 右子树”的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除节点。接下来,根据待删除节点的子节点数量,删除操作需要分为三种情况:
|
||||
|
||||
**当待删除结点的子结点数量 $= 0$ 时**,表明待删除结点是叶结点,直接删除即可。
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||||
**当待删除节点的子节点数量 $= 0$ 时**,表明待删除节点是叶节点,直接删除即可。
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||||
**当待删除结点的子结点数量 $= 1$ 时**,将待删除结点替换为其子结点即可。
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||||
**当待删除节点的子节点数量 $= 1$ 时**,将待删除节点替换为其子节点即可。
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||||
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||||

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||||
**当待删除结点的子结点数量 $= 2$ 时**,删除操作分为三步:
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||||
**当待删除节点的子节点数量 $= 2$ 时**,删除操作分为三步:
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||||
|
||||
1. 找到待删除结点在 **中序遍历序列** 中的下一个结点,记为 `nex` ;
|
||||
2. 在树中递归删除结点 `nex` ;
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||||
3. 使用 `nex` 替换待删除结点;
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||||
1. 找到待删除节点在 **中序遍历序列** 中的下一个节点,记为 `nex` ;
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||||
2. 在树中递归删除节点 `nex` ;
|
||||
3. 使用 `nex` 替换待删除节点;
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||||
=== "<1>"
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=== "<2>"
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@@ -196,7 +196,7 @@
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=== "<4>"
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||||
删除结点操作也使用 $O(\log n)$ 时间,其中查找待删除结点 $O(\log n)$ ,获取中序遍历后继结点 $O(\log n)$ 。
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||||
删除节点操作也使用 $O(\log n)$ 时间,其中查找待删除节点 $O(\log n)$ ,获取中序遍历后继节点 $O(\log n)$ 。
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||||
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||||
=== "Java"
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||||
@@ -280,7 +280,7 @@
|
||||
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### 排序
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||||
我们知道,「中序遍历」遵循“左 $\rightarrow$ 根 $\rightarrow$ 右”的遍历优先级,而二叉搜索树遵循“左子结点 $<$ 根结点 $<$ 右子结点”的大小关系。因此,在二叉搜索树中进行中序遍历时,总是会优先遍历下一个最小结点,从而得出一条重要性质:**二叉搜索树的中序遍历序列是升序的**。
|
||||
我们知道,「中序遍历」遵循“左 $\rightarrow$ 根 $\rightarrow$ 右”的遍历优先级,而二叉搜索树遵循“左子节点 $<$ 根节点 $<$ 右子节点”的大小关系。因此,在二叉搜索树中进行中序遍历时,总是会优先遍历下一个最小节点,从而得出一条重要性质:**二叉搜索树的中序遍历序列是升序的**。
|
||||
|
||||
借助中序遍历升序的性质,我们在二叉搜索树中获取有序数据仅需 $O(n)$ 时间,而无需额外排序,非常高效。
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||||
@@ -317,9 +317,9 @@
|
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||||
## 二叉搜索树的退化
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||||
理想情况下,我们希望二叉搜索树的是“左右平衡”的(详见「平衡二叉树」章节),此时可以在 $\log n$ 轮循环内查找任意结点。
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||||
理想情况下,我们希望二叉搜索树的是“左右平衡”的(详见「平衡二叉树」章节),此时可以在 $\log n$ 轮循环内查找任意节点。
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||||
|
||||
如果我们动态地在二叉搜索树中插入与删除结点,**则可能导致二叉树退化为链表**,此时各种操作的时间复杂度也退化之 $O(n)$ 。
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||||
如果我们动态地在二叉搜索树中插入与删除节点,**则可能导致二叉树退化为链表**,此时各种操作的时间复杂度也退化之 $O(n)$ 。
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||||
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||||
!!! note
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||||
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|
Before Width: | Height: | Size: 71 KiB After Width: | Height: | Size: 71 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 92 KiB After Width: | Height: | Size: 91 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 75 KiB After Width: | Height: | Size: 75 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 66 KiB After Width: | Height: | Size: 66 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 58 KiB After Width: | Height: | Size: 58 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 73 KiB After Width: | Height: | Size: 72 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 62 KiB After Width: | Height: | Size: 62 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 71 KiB After Width: | Height: | Size: 70 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 68 KiB After Width: | Height: | Size: 67 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 48 KiB After Width: | Height: | Size: 48 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 43 KiB After Width: | Height: | Size: 42 KiB |
|
Before Width: | Height: | Size: 57 KiB After Width: | Height: | Size: 56 KiB |
@@ -1,15 +1,15 @@
|
||||
# 二叉树
|
||||
|
||||
「二叉树 Binary Tree」是一种非线性数据结构,代表着祖先与后代之间的派生关系,体现着“一分为二”的分治逻辑。类似于链表,二叉树也是以结点为单位存储的,结点包含「值」和两个「指针」。
|
||||
「二叉树 Binary Tree」是一种非线性数据结构,代表着祖先与后代之间的派生关系,体现着“一分为二”的分治逻辑。类似于链表,二叉树也是以节点为单位存储的,节点包含「值」和两个「指针」。
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title=""
|
||||
/* 二叉树结点类 */
|
||||
/* 二叉树节点类 */
|
||||
class TreeNode {
|
||||
int val; // 结点值
|
||||
TreeNode left; // 左子结点指针
|
||||
TreeNode right; // 右子结点指针
|
||||
int val; // 节点值
|
||||
TreeNode left; // 左子节点指针
|
||||
TreeNode right; // 右子节点指针
|
||||
TreeNode(int x) { val = x; }
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
@@ -17,11 +17,11 @@
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title=""
|
||||
/* 二叉树结点结构体 */
|
||||
/* 二叉树节点结构体 */
|
||||
struct TreeNode {
|
||||
int val; // 结点值
|
||||
TreeNode *left; // 左子结点指针
|
||||
TreeNode *right; // 右子结点指针
|
||||
int val; // 节点值
|
||||
TreeNode *left; // 左子节点指针
|
||||
TreeNode *right; // 右子节点指针
|
||||
TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
@@ -29,24 +29,24 @@
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
```python title=""
|
||||
""" 二叉树结点类 """
|
||||
""" 二叉树节点类 """
|
||||
class TreeNode:
|
||||
def __init__(self, val: int):
|
||||
self.val: int = val # 结点值
|
||||
self.left: Optional[TreeNode] = None # 左子结点指针
|
||||
self.right: Optional[TreeNode] = None # 右子结点指针
|
||||
self.val: int = val # 节点值
|
||||
self.left: Optional[TreeNode] = None # 左子节点指针
|
||||
self.right: Optional[TreeNode] = None # 右子节点指针
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title=""
|
||||
/* 二叉树结点结构体 */
|
||||
/* 二叉树节点结构体 */
|
||||
type TreeNode struct {
|
||||
Val int
|
||||
Left *TreeNode
|
||||
Right *TreeNode
|
||||
}
|
||||
/* 结点初始化方法 */
|
||||
/* 节点初始化方法 */
|
||||
func NewTreeNode(v int) *TreeNode {
|
||||
return &TreeNode{
|
||||
Left: nil,
|
||||
@@ -59,27 +59,27 @@
|
||||
=== "JavaScript"
|
||||
|
||||
```javascript title=""
|
||||
/* 二叉树结点类 */
|
||||
/* 二叉树节点类 */
|
||||
function TreeNode(val, left, right) {
|
||||
this.val = (val === undefined ? 0 : val); // 结点值
|
||||
this.left = (left === undefined ? null : left); // 左子结点指针
|
||||
this.right = (right === undefined ? null : right); // 右子结点指针
|
||||
this.val = (val === undefined ? 0 : val); // 节点值
|
||||
this.left = (left === undefined ? null : left); // 左子节点指针
|
||||
this.right = (right === undefined ? null : right); // 右子节点指针
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TypeScript"
|
||||
|
||||
```typescript title=""
|
||||
/* 二叉树结点类 */
|
||||
/* 二叉树节点类 */
|
||||
class TreeNode {
|
||||
val: number;
|
||||
left: TreeNode | null;
|
||||
right: TreeNode | null;
|
||||
|
||||
constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
|
||||
this.val = val === undefined ? 0 : val; // 结点值
|
||||
this.left = left === undefined ? null : left; // 左子结点指针
|
||||
this.right = right === undefined ? null : right; // 右子结点指针
|
||||
this.val = val === undefined ? 0 : val; // 节点值
|
||||
this.left = left === undefined ? null : left; // 左子节点指针
|
||||
this.right = right === undefined ? null : right; // 右子节点指针
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
@@ -93,11 +93,11 @@
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title=""
|
||||
/* 二叉树结点类 */
|
||||
/* 二叉树节点类 */
|
||||
class TreeNode {
|
||||
int val; // 结点值
|
||||
TreeNode? left; // 左子结点指针
|
||||
TreeNode? right; // 右子结点指针
|
||||
int val; // 节点值
|
||||
TreeNode? left; // 左子节点指针
|
||||
TreeNode? right; // 右子节点指针
|
||||
TreeNode(int x) { val = x; }
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
@@ -105,11 +105,11 @@
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title=""
|
||||
/* 二叉树结点类 */
|
||||
/* 二叉树节点类 */
|
||||
class TreeNode {
|
||||
var val: Int // 结点值
|
||||
var left: TreeNode? // 左子结点指针
|
||||
var right: TreeNode? // 右子结点指针
|
||||
var val: Int // 节点值
|
||||
var left: TreeNode? // 左子节点指针
|
||||
var right: TreeNode? // 右子节点指针
|
||||
|
||||
init(x: Int) {
|
||||
val = x
|
||||
@@ -123,39 +123,39 @@
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
结点的两个指针分别指向「左子结点」和「右子结点」,并且称该结点为两个子结点的「父结点」。给定二叉树某结点,将“左子结点及其以下结点形成的树”称为该结点的「左子树」,右子树同理。
|
||||
节点的两个指针分别指向「左子节点」和「右子节点」,并且称该节点为两个子节点的「父节点」。给定二叉树某节点,将“左子节点及其以下节点形成的树”称为该节点的「左子树」,右子树同理。
|
||||
|
||||
除了叶结点外,每个结点都有子结点和子树。例如,若将下图的“结点 2”看作父结点,那么其左子结点和右子结点分别为“结点 4”和“结点 5”,左子树和右子树分别为“结点 4 及其以下结点形成的树”和“结点 5 及其以下结点形成的树”。
|
||||
除了叶节点外,每个节点都有子节点和子树。例如,若将下图的“节点 2”看作父节点,那么其左子节点和右子节点分别为“节点 4”和“节点 5”,左子树和右子树分别为“节点 4 及其以下节点形成的树”和“节点 5 及其以下节点形成的树”。
|
||||
|
||||

|
||||

|
||||
|
||||
## 二叉树常见术语
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||||
二叉树的术语较多,建议尽量理解并记住。后续可能遗忘,可以在需要使用时回来查看确认。
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||||
- 「根结点 Root Node」:二叉树最顶层的结点,其没有父结点;
|
||||
- 「叶结点 Leaf Node」:没有子结点的结点,其两个指针都指向 $\text{null}$ ;
|
||||
- 结点所处「层 Level」:从顶至底依次增加,根结点所处层为 1 ;
|
||||
- 结点「度 Degree」:结点的子结点数量。二叉树中,度的范围是 0, 1, 2 ;
|
||||
- 「边 Edge」:连接两个结点的边,即结点指针;
|
||||
- 二叉树「高度」:二叉树中根结点到最远叶结点走过边的数量;
|
||||
- 结点「深度 Depth」 :根结点到该结点走过边的数量;
|
||||
- 结点「高度 Height」:最远叶结点到该结点走过边的数量;
|
||||
- 「根节点 Root Node」:二叉树最顶层的节点,其没有父节点;
|
||||
- 「叶节点 Leaf Node」:没有子节点的节点,其两个指针都指向 $\text{null}$ ;
|
||||
- 节点所处「层 Level」:从顶至底依次增加,根节点所处层为 1 ;
|
||||
- 节点「度 Degree」:节点的子节点数量。二叉树中,度的范围是 0, 1, 2 ;
|
||||
- 「边 Edge」:连接两个节点的边,即节点指针;
|
||||
- 二叉树「高度」:二叉树中根节点到最远叶节点走过边的数量;
|
||||
- 节点「深度 Depth」 :根节点到该节点走过边的数量;
|
||||
- 节点「高度 Height」:最远叶节点到该节点走过边的数量;
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||||
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||||

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||||
!!! tip "高度与深度的定义"
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||||
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||||
值得注意,我们通常将「高度」和「深度」定义为“走过边的数量”,而有些题目或教材会将其定义为“走过结点的数量”,此时高度或深度都需要 + 1 。
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||||
值得注意,我们通常将「高度」和「深度」定义为“走过边的数量”,而有些题目或教材会将其定义为“走过节点的数量”,此时高度或深度都需要 + 1 。
|
||||
|
||||
## 二叉树基本操作
|
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||||
**初始化二叉树**。与链表类似,先初始化结点,再构建引用指向(即指针)。
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||||
**初始化二叉树**。与链表类似,先初始化节点,再构建引用指向(即指针)。
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||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="binary_tree.java"
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
TreeNode n1 = new TreeNode(1);
|
||||
TreeNode n2 = new TreeNode(2);
|
||||
TreeNode n3 = new TreeNode(3);
|
||||
@@ -172,7 +172,7 @@
|
||||
|
||||
```cpp title="binary_tree.cpp"
|
||||
/* 初始化二叉树 */
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
TreeNode* n1 = new TreeNode(1);
|
||||
TreeNode* n2 = new TreeNode(2);
|
||||
TreeNode* n3 = new TreeNode(3);
|
||||
@@ -189,7 +189,7 @@
|
||||
|
||||
```python title="binary_tree.py"
|
||||
""" 初始化二叉树 """
|
||||
# 初始化结点
|
||||
# 初始化节点
|
||||
n1 = TreeNode(val=1)
|
||||
n2 = TreeNode(val=2)
|
||||
n3 = TreeNode(val=3)
|
||||
@@ -206,7 +206,7 @@
|
||||
|
||||
```go title="binary_tree.go"
|
||||
/* 初始化二叉树 */
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
n1 := NewTreeNode(1)
|
||||
n2 := NewTreeNode(2)
|
||||
n3 := NewTreeNode(3)
|
||||
@@ -223,7 +223,7 @@
|
||||
|
||||
```javascript title="binary_tree.js"
|
||||
/* 初始化二叉树 */
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
let n1 = new TreeNode(1),
|
||||
n2 = new TreeNode(2),
|
||||
n3 = new TreeNode(3),
|
||||
@@ -240,7 +240,7 @@
|
||||
|
||||
```typescript title="binary_tree.ts"
|
||||
/* 初始化二叉树 */
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
let n1 = new TreeNode(1),
|
||||
n2 = new TreeNode(2),
|
||||
n3 = new TreeNode(3),
|
||||
@@ -263,7 +263,7 @@
|
||||
|
||||
```csharp title="binary_tree.cs"
|
||||
/* 初始化二叉树 */
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
TreeNode n1 = new TreeNode(1);
|
||||
TreeNode n2 = new TreeNode(2);
|
||||
TreeNode n3 = new TreeNode(3);
|
||||
@@ -279,7 +279,7 @@
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="binary_tree.swift"
|
||||
// 初始化结点
|
||||
// 初始化节点
|
||||
let n1 = TreeNode(x: 1)
|
||||
let n2 = TreeNode(x: 2)
|
||||
let n3 = TreeNode(x: 3)
|
||||
@@ -298,78 +298,78 @@
|
||||
|
||||
```
|
||||
|
||||
**插入与删除结点**。与链表类似,插入与删除结点都可以通过修改指针实现。
|
||||
**插入与删除节点**。与链表类似,插入与删除节点都可以通过修改指针实现。
|
||||
|
||||

|
||||

|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="binary_tree.java"
|
||||
TreeNode P = new TreeNode(0);
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
|
||||
n1.left = P;
|
||||
P.left = n2;
|
||||
// 删除结点 P
|
||||
// 删除节点 P
|
||||
n1.left = n2;
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="binary_tree.cpp"
|
||||
/* 插入与删除结点 */
|
||||
/* 插入与删除节点 */
|
||||
TreeNode* P = new TreeNode(0);
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
|
||||
n1->left = P;
|
||||
P->left = n2;
|
||||
// 删除结点 P
|
||||
// 删除节点 P
|
||||
n1->left = n2;
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
```python title="binary_tree.py"
|
||||
""" 插入与删除结点 """
|
||||
""" 插入与删除节点 """
|
||||
p = TreeNode(0)
|
||||
# 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
|
||||
# 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
|
||||
n1.left = p
|
||||
p.left = n2
|
||||
# 删除结点 P
|
||||
# 删除节点 P
|
||||
n1.left = n2
|
||||
```
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=== "Go"
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```go title="binary_tree.go"
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/* 插入与删除结点 */
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// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
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/* 插入与删除节点 */
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||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
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p := NewTreeNode(0)
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n1.Left = p
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p.Left = n2
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// 删除结点 P
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// 删除节点 P
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n1.Left = n2
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```
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=== "JavaScript"
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```javascript title="binary_tree.js"
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||||
/* 插入与删除结点 */
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||||
/* 插入与删除节点 */
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let P = new TreeNode(0);
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||||
// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
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||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
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n1.left = P;
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P.left = n2;
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||||
// 删除结点 P
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// 删除节点 P
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n1.left = n2;
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```
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=== "TypeScript"
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```typescript title="binary_tree.ts"
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||||
/* 插入与删除结点 */
|
||||
/* 插入与删除节点 */
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||||
const P = new TreeNode(0);
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
|
||||
n1.left = P;
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||||
P.left = n2;
|
||||
// 删除结点 P
|
||||
// 删除节点 P
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||||
n1.left = n2;
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```
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@@ -382,12 +382,12 @@
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=== "C#"
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||||
```csharp title="binary_tree.cs"
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||||
/* 插入与删除结点 */
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||||
/* 插入与删除节点 */
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||||
TreeNode P = new TreeNode(0);
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||||
// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
|
||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
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||||
n1.left = P;
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P.left = n2;
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||||
// 删除结点 P
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||||
// 删除节点 P
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n1.left = n2;
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```
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@@ -395,10 +395,10 @@
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||||
```swift title="binary_tree.swift"
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||||
let P = TreeNode(x: 0)
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||||
// 在 n1 -> n2 中间插入结点 P
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||||
// 在 n1 -> n2 中间插入节点 P
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||||
n1.left = P
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P.left = n2
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||||
// 删除结点 P
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||||
// 删除节点 P
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n1.left = n2
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```
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@@ -410,13 +410,13 @@
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!!! note
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插入结点会改变二叉树的原有逻辑结构,删除结点往往意味着删除了该结点的所有子树。因此,二叉树中的插入与删除一般都是由一套操作配合完成的,这样才能实现有意义的操作。
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插入节点会改变二叉树的原有逻辑结构,删除节点往往意味着删除了该节点的所有子树。因此,二叉树中的插入与删除一般都是由一套操作配合完成的,这样才能实现有意义的操作。
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## 常见二叉树类型
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### 完美二叉树
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「完美二叉树 Perfect Binary Tree」的所有层的结点都被完全填满。在完美二叉树中,叶结点的度为 $0$ ,其余所有结点的度都为 $2$ ;若树高度 $= h$ ,则结点总数 $= 2^{h+1} - 1$ ,呈标准的指数级关系,反映着自然界中常见的细胞分裂。
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「完美二叉树 Perfect Binary Tree」的所有层的节点都被完全填满。在完美二叉树中,叶节点的度为 $0$ ,其余所有节点的度都为 $2$ ;若树高度 $= h$ ,则节点总数 $= 2^{h+1} - 1$ ,呈标准的指数级关系,反映着自然界中常见的细胞分裂。
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!!! tip
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@@ -426,57 +426,57 @@
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### 完全二叉树
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「完全二叉树 Complete Binary Tree」只有最底层的结点未被填满,且最底层结点尽量靠左填充。
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「完全二叉树 Complete Binary Tree」只有最底层的节点未被填满,且最底层节点尽量靠左填充。
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**完全二叉树非常适合用数组来表示**。如果按照层序遍历序列的顺序来存储,那么空结点 `null` 一定全部出现在序列的尾部,因此我们就可以不用存储这些 null 了。
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**完全二叉树非常适合用数组来表示**。如果按照层序遍历序列的顺序来存储,那么空节点 `null` 一定全部出现在序列的尾部,因此我们就可以不用存储这些 null 了。
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### 完满二叉树
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「完满二叉树 Full Binary Tree」除了叶结点之外,其余所有结点都有两个子结点。
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「完满二叉树 Full Binary Tree」除了叶节点之外,其余所有节点都有两个子节点。
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### 平衡二叉树
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「平衡二叉树 Balanced Binary Tree」中任意结点的左子树和右子树的高度之差的绝对值 $\leq 1$ 。
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「平衡二叉树 Balanced Binary Tree」中任意节点的左子树和右子树的高度之差的绝对值 $\leq 1$ 。
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## 二叉树的退化
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当二叉树的每层的结点都被填满时,达到「完美二叉树」;而当所有结点都偏向一边时,二叉树退化为「链表」。
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当二叉树的每层的节点都被填满时,达到「完美二叉树」;而当所有节点都偏向一边时,二叉树退化为「链表」。
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- 完美二叉树是一个二叉树的“最佳状态”,可以完全发挥出二叉树“分治”的优势;
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- 链表则是另一个极端,各项操作都变为线性操作,时间复杂度退化至 $O(n)$ ;
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如下表所示,在最佳和最差结构下,二叉树的叶结点数量、结点总数、高度等达到极大或极小值。
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如下表所示,在最佳和最差结构下,二叉树的叶节点数量、节点总数、高度等达到极大或极小值。
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<div class="center-table" markdown>
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| | 完美二叉树 | 链表 |
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| ----------------------------- | ---------- | ---------- |
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| 第 $i$ 层的结点数量 | $2^{i-1}$ | $1$ |
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| 树的高度为 $h$ 时的叶结点数量 | $2^h$ | $1$ |
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| 树的高度为 $h$ 时的结点总数 | $2^{h+1} - 1$ | $h + 1$ |
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| 树的结点总数为 $n$ 时的高度 | $\log_2 (n+1) - 1$ | $n - 1$ |
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| 第 $i$ 层的节点数量 | $2^{i-1}$ | $1$ |
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| 树的高度为 $h$ 时的叶节点数量 | $2^h$ | $1$ |
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| 树的高度为 $h$ 时的节点总数 | $2^{h+1} - 1$ | $h + 1$ |
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| 树的节点总数为 $n$ 时的高度 | $\log_2 (n+1) - 1$ | $n - 1$ |
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</div>
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## 二叉树表示方式 *
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我们一般使用二叉树的「链表表示」,即存储单位为结点 `TreeNode` ,结点之间通过指针(引用)相连接。本文前述示例代码展示了二叉树在链表表示下的各项基本操作。
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我们一般使用二叉树的「链表表示」,即存储单位为节点 `TreeNode` ,节点之间通过指针(引用)相连接。本文前述示例代码展示了二叉树在链表表示下的各项基本操作。
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那能否可以用「数组表示」二叉树呢?答案是肯定的。先来分析一个简单案例,给定一个「完美二叉树」,将结点按照层序遍历的顺序编号(从 0 开始),那么可以推导得出父结点索引与子结点索引之间的「映射公式」:**设结点的索引为 $i$ ,则该结点的左子结点索引为 $2i + 1$ 、右子结点索引为 $2i + 2$** 。
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那能否可以用「数组表示」二叉树呢?答案是肯定的。先来分析一个简单案例,给定一个「完美二叉树」,将节点按照层序遍历的顺序编号(从 0 开始),那么可以推导得出父节点索引与子节点索引之间的「映射公式」:**设节点的索引为 $i$ ,则该节点的左子节点索引为 $2i + 1$ 、右子节点索引为 $2i + 2$** 。
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**本质上,映射公式的作用就是链表中的指针**。对于层序遍历序列中的任意结点,我们都可以使用映射公式来访问子结点。因此,可以直接使用层序遍历序列(即数组)来表示完美二叉树。
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**本质上,映射公式的作用就是链表中的指针**。对于层序遍历序列中的任意节点,我们都可以使用映射公式来访问子节点。因此,可以直接使用层序遍历序列(即数组)来表示完美二叉树。
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然而,完美二叉树只是个例,二叉树中间层往往存在许多空结点(即 `null` ),而层序遍历序列并不包含这些空结点,并且我们无法单凭序列来猜测空结点的数量和分布位置,**即理论上存在许多种二叉树都符合该层序遍历序列**。显然,这种情况无法使用数组来存储二叉树。
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然而,完美二叉树只是个例,二叉树中间层往往存在许多空节点(即 `null` ),而层序遍历序列并不包含这些空节点,并且我们无法单凭序列来猜测空节点的数量和分布位置,**即理论上存在许多种二叉树都符合该层序遍历序列**。显然,这种情况无法使用数组来存储二叉树。
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@@ -495,7 +495,7 @@
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```cpp title=""
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/* 二叉树的数组表示 */
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// 为了符合数据类型为 int ,使用 int 最大值标记空位
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// 该方法的使用前提是没有结点的值 = INT_MAX
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// 该方法的使用前提是没有节点的值 = INT_MAX
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vector<int> tree = { 1, 2, 3, 4, INT_MAX, 6, 7, 8, 9, INT_MAX, INT_MAX, 12, INT_MAX, INT_MAX, 15 };
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```
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@@ -561,8 +561,8 @@
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回顾「完全二叉树」的定义,其只有最底层有空结点,并且最底层的结点尽量靠左,因而所有空结点都一定出现在层序遍历序列的末尾。**因为我们先验地确定了空位的位置,所以在使用数组表示完全二叉树时,可以省略存储“空位”**。因此,完全二叉树非常适合使用数组来表示。
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回顾「完全二叉树」的定义,其只有最底层有空节点,并且最底层的节点尽量靠左,因而所有空节点都一定出现在层序遍历序列的末尾。**因为我们先验地确定了空位的位置,所以在使用数组表示完全二叉树时,可以省略存储“空位”**。因此,完全二叉树非常适合使用数组来表示。
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数组表示有两个优点: 一是不需要存储指针,节省空间;二是可以随机访问结点。然而,当二叉树中的“空位”很多时,数组中只包含很少结点的数据,空间利用率很低。
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数组表示有两个优点: 一是不需要存储指针,节省空间;二是可以随机访问节点。然而,当二叉树中的“空位”很多时,数组中只包含很少节点的数据,空间利用率很低。
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Before Width: | Height: | Size: 57 KiB After Width: | Height: | Size: 56 KiB |
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Before Width: | Height: | Size: 168 KiB After Width: | Height: | Size: 167 KiB |
@@ -1,12 +1,12 @@
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# 二叉树遍历
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从物理结构角度看,树是一种基于链表的数据结构,因此遍历方式也是通过指针(即引用)逐个遍历结点。同时,树还是一种非线性数据结构,这导致遍历树比遍历链表更加复杂,需要使用搜索算法来实现。
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从物理结构角度看,树是一种基于链表的数据结构,因此遍历方式也是通过指针(即引用)逐个遍历节点。同时,树还是一种非线性数据结构,这导致遍历树比遍历链表更加复杂,需要使用搜索算法来实现。
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常见的二叉树遍历方式有层序遍历、前序遍历、中序遍历、后序遍历。
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## 层序遍历
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「层序遍历 Level-Order Traversal」从顶至底、一层一层地遍历二叉树,并在每层中按照从左到右的顺序访问结点。
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「层序遍历 Level-Order Traversal」从顶至底、一层一层地遍历二叉树,并在每层中按照从左到右的顺序访问节点。
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层序遍历本质上是「广度优先搜索 Breadth-First Traversal」,其体现着一种“一圈一圈向外”的层进遍历方式。
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@@ -78,23 +78,23 @@
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### 复杂度分析
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**时间复杂度**:所有结点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为结点数量。
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**时间复杂度**:所有节点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为节点数量。
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**空间复杂度**:当为满二叉树时达到最差情况,遍历到最底层前,队列中最多同时存在 $\frac{n + 1}{2}$ 个结点,使用 $O(n)$ 空间。
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**空间复杂度**:当为满二叉树时达到最差情况,遍历到最底层前,队列中最多同时存在 $\frac{n + 1}{2}$ 个节点,使用 $O(n)$ 空间。
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## 前序、中序、后序遍历
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相对地,前、中、后序遍历皆属于「深度优先遍历 Depth-First Traversal」,其体现着一种“先走到尽头,再回头继续”的回溯遍历方式。
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如下图所示,左侧是深度优先遍历的的示意图,右上方是对应的递归实现代码。深度优先遍历就像是绕着整个二叉树的外围“走”一圈,走的过程中,在每个结点都会遇到三个位置,分别对应前序遍历、中序遍历、后序遍历。
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如下图所示,左侧是深度优先遍历的的示意图,右上方是对应的递归实现代码。深度优先遍历就像是绕着整个二叉树的外围“走”一圈,走的过程中,在每个节点都会遇到三个位置,分别对应前序遍历、中序遍历、后序遍历。
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<div class="center-table" markdown>
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| 位置 | 含义 | 此处访问结点时对应 |
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| 位置 | 含义 | 此处访问节点时对应 |
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| ---------- | ------------------------------------ | ----------------------------- |
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| 橙色圆圈处 | 刚进入此结点,即将访问该结点的左子树 | 前序遍历 Pre-Order Traversal |
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| 橙色圆圈处 | 刚进入此节点,即将访问该节点的左子树 | 前序遍历 Pre-Order Traversal |
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| 蓝色圆圈处 | 已访问完左子树,即将访问右子树 | 中序遍历 In-Order Traversal |
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| 紫色圆圈处 | 已访问完左子树和右子树,即将返回 | 后序遍历 Post-Order Traversal |
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@@ -208,6 +208,6 @@
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### 复杂度分析
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**时间复杂度**:所有结点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为结点数量。
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**时间复杂度**:所有节点被访问一次,使用 $O(n)$ 时间,其中 $n$ 为节点数量。
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**空间复杂度**:当树退化为链表时达到最差情况,递归深度达到 $n$ ,系统使用 $O(n)$ 栈帧空间。
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@@ -2,12 +2,12 @@
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### 二叉树
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- 二叉树是一种非线性数据结构,代表着“一分为二”的分治逻辑。二叉树的结点包含「值」和两个「指针」,分别指向左子结点和右子结点。
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- 选定二叉树中某结点,将其左(右)子结点以下形成的树称为左(右)子树。
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- 二叉树的术语较多,包括根结点、叶结点、层、度、边、高度、深度等。
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- 二叉树的初始化、结点插入、结点删除操作与链表的操作方法类似。
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- 二叉树是一种非线性数据结构,代表着“一分为二”的分治逻辑。二叉树的节点包含「值」和两个「指针」,分别指向左子节点和右子节点。
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- 选定二叉树中某节点,将其左(右)子节点以下形成的树称为左(右)子树。
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- 二叉树的术语较多,包括根节点、叶节点、层、度、边、高度、深度等。
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- 二叉树的初始化、节点插入、节点删除操作与链表的操作方法类似。
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- 常见的二叉树类型包括完美二叉树、完全二叉树、完满二叉树、平衡二叉树。完美二叉树是理想状态,链表则是退化后的最差状态。
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- 二叉树可以使用数组表示,具体做法是将结点值和空位按照层序遍历的顺序排列,并基于父结点和子结点之间的索引映射公式实现指针。
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- 二叉树可以使用数组表示,具体做法是将节点值和空位按照层序遍历的顺序排列,并基于父节点和子节点之间的索引映射公式实现指针。
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### 二叉树遍历
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@@ -17,5 +17,5 @@
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### 二叉搜索树
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- 二叉搜索树是一种高效的元素查找数据结构,查找、插入、删除操作的时间复杂度皆为 $O(\log n)$ 。二叉搜索树退化为链表后,各项时间复杂度劣化至 $O(n)$ ,因此如何避免退化是非常重要的课题。
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- AVL 树又称平衡二叉搜索树,其通过旋转操作,使得在不断插入与删除结点后,仍然可以保持二叉树的平衡(不退化)。
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- AVL 树的旋转操作分为右旋、左旋、先右旋后左旋、先左旋后右旋。在插入或删除结点后,AVL 树会从底至顶地执行旋转操作,使树恢复平衡。
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- AVL 树又称平衡二叉搜索树,其通过旋转操作,使得在不断插入与删除节点后,仍然可以保持二叉树的平衡(不退化)。
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- AVL 树的旋转操作分为右旋、左旋、先右旋后左旋、先左旋后右旋。在插入或删除节点后,AVL 树会从底至顶地执行旋转操作,使树恢复平衡。
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