xinyin025/hello-algo
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docs/chapter_tree/avl_tree.md
+182 -6
View File
@@ -78,7 +78,14 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* AVL 树结点类 */
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 TreeNode(int x) { val = x; }
}
```
「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。
@@ -138,7 +145,19 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 获取结点高度 */
public int height(TreeNode? node)
{
// 空结点高度为 -1 ，叶结点高度为 0
return node == null ? -1 : node.height;
}
/* 更新结点高度 */
private void updateHeight(TreeNode node)
{
// 结点高度等于最高子树高度 + 1
node.height = Math.Max(height(node.left), height(node.right)) + 1;
}
```
### 结点平衡因子
@@ -196,7 +215,14 @@ G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在其 1962 年发表的论文 "An algorit
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 获取平衡因子 */
public int balanceFactor(TreeNode? node)
{
// 空结点平衡因子为 0
if (node == null) return 0;
// 结点平衡因子 = 左子树高度 - 右子树高度
return height(node.left) - height(node.right);
}
```
!!! note
@@ -285,6 +311,23 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作，其可 **在不影
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 右旋操作 */
TreeNode? rightRotate(TreeNode? node)
{
if (node == null)
return null;
TreeNode? child = node.left;
TreeNode? grandChild = child?.right;
// 以 child 为原点，将 node 向右旋转
child.right = node;
node.left = grandChild;
// 更新结点高度
updateHeight(node);
updateHeight(child);
// 返回旋转后子树的根节点
return child;
}
```
@@ -353,7 +396,23 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作，其可 **在不影
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 左旋操作 */
TreeNode? leftRotate(TreeNode? node)
{
if (node == null)
return null;
TreeNode? child = node.right;
TreeNode? grandChild = child?.left;
// 以 child 为原点，将 node 向左旋转
child.left = node;
node.right = grandChild;
// 更新结点高度
updateHeight(node);
updateHeight(child);
// 返回旋转后子树的根节点
return child;
}
```
### Case 3 - 先左后右
@@ -462,7 +521,47 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作，其可 **在不影
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 执行旋转操作，使该子树重新恢复平衡 */
TreeNode? rotate(TreeNode? node)
{
if (node == null)
return node;
// 获取结点 node 的平衡因子
int balanceFactorInt = balanceFactor(node);
// 左偏树
if (balanceFactorInt > 1)
{
if (balanceFactor(node.left) >= 0)
{
// 右旋
return rightRotate(node);
}
else
{
// 先左旋后右旋
node.left = leftRotate(node?.left);
return rightRotate(node);
}
}
// 右偏树
if (balanceFactorInt < -1)
{
if (balanceFactor(node.right) <= 0)
{
// 左旋
return leftRotate(node);
}
else
{
// 先右旋后左旋
node.right = rightRotate(node?.right);
return leftRotate(node);
}
}
// 平衡树，无需旋转，直接返回
return node;
}
```
## AVL 树常用操作
@@ -537,6 +636,30 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作，其可 **在不影
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 插入结点 */
public TreeNode? insert(int val)
{
root = insertHelper(root, val);
return root;
}
/* 递归插入结点（辅助函数） */
private TreeNode? insertHelper(TreeNode? node, int val)
{
if (node == null) return new TreeNode(val);
/* 1. 查找插入位置，并插入结点 */
if (val < node.val)
node.left = insertHelper(node.left, val);
else if (val > node.val)
node.right = insertHelper(node.right, val);
else
return node; // 重复结点不插入，直接返回
updateHeight(node); // 更新结点高度
/* 2. 执行旋转操作，使该子树重新恢复平衡 */
node = rotate(node);
// 返回子树的根节点
return node;
}
```
@@ -634,7 +757,60 @@ AVL 树的独特之处在于「旋转 Rotation」的操作，其可 **在不影
=== "C#"
```csharp title="avl_tree.cs"
/* 删除结点 */
public TreeNode? remove(int val)
{
root = removeHelper(root, val);
return root;
}
/* 递归删除结点（辅助函数） */
private TreeNode? removeHelper(TreeNode? node, int? val)
{
if (node == null) return null;
/* 1. 查找结点，并删除之 */
if (val < node.val)
node.left = removeHelper(node.left, val);
else if (val > node.val)
node.right = removeHelper(node.right, val);
else
{
if (node.left == null || node.right == null)
{
TreeNode? child = node.left != null ? node.left : node.right;
// 子结点数量 = 0 ，直接删除 node 并返回
if (child == null)
return null;
// 子结点数量 = 1 ，直接删除 node
else
node = child;
}
else
{
// 子结点数量 = 2 ，则将中序遍历的下个结点删除，并用该结点替换当前结点
TreeNode? temp = minNode(node.right);
node.right = removeHelper(node.right, temp?.val);
node.val = temp?.val;
}
}
updateHeight(node); // 更新结点高度
/* 2. 执行旋转操作，使该子树重新恢复平衡 */
node = rotate(node);
// 返回子树的根节点
return node;
}
/* 获取最小结点 */
private TreeNode? minNode(TreeNode? node)
{
if (node == null) return node;
// 循环访问左子结点，直到叶结点时为最小结点，跳出
while (node.left != null)
{
node = node.left;
}
return node;
}
```
### 查找结点