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217 lines
6.0 KiB
Ruby
217 lines
6.0 KiB
Ruby
=begin
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File: avl_tree.rb
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Created Time: 2024-04-17
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Author: Xuan Khoa Tu Nguyen ([email protected])
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=end
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require_relative '../utils/tree_node'
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require_relative '../utils/print_util'
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### AVL 트리 ###
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class AVLTree
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### 생성자 ###
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def initialize
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@root = nil
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end
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### 이진 트리의 루트 노드 반환 ###
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def get_root
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@root
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end
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### 노드 높이 반환 ###
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def height(node)
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# 빈 노드의 높이는 -1이고, 리프 노드의 높이는 0이다
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return node.height unless node.nil?
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-1
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end
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### 노드 높이를 갱신한다 ###
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def update_height(node)
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# 노드 높이는 가장 높은 서브트리의 높이 + 1이다
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node.height = [height(node.left), height(node.right)].max + 1
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end
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### 균형 인수 반환 ###
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def balance_factor(node)
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# 빈 노드의 균형 인수는 0이다
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return 0 if node.nil?
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# 노드의 균형 인수 = 왼쪽 서브트리 높이 - 오른쪽 서브트리 높이
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height(node.left) - height(node.right)
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end
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### 오른쪽 회전 연산 ###
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def right_rotate(node)
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child = node.left
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grand_child = child.right
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# child를 중심으로 node를 오른쪽으로 회전한다
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child.right = node
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node.left = grand_child
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# 노드 높이를 갱신한다
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update_height(node)
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update_height(child)
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# 회전한 서브트리의 루트 노드를 반환한다
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child
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end
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### 왼쪽 회전 연산 ###
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def left_rotate(node)
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child = node.right
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grand_child = child.left
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# child를 중심으로 node를 왼쪽으로 회전한다
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child.left = node
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node.right = grand_child
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# 노드 높이를 갱신한다
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update_height(node)
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update_height(child)
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# 회전한 서브트리의 루트 노드를 반환한다
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child
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end
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### 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형 복원 ###
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def rotate(node)
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# 노드 node의 균형 인수를 구한다
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balance_factor = balance_factor(node)
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# 왼쪽으로 치우친 트리
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if balance_factor > 1
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if balance_factor(node.left) >= 0
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# 오른쪽 회전
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return right_rotate(node)
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else
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# 왼쪽으로 회전한 후 오른쪽으로 회전한다
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node.left = left_rotate(node.left)
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return right_rotate(node)
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|
end
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# 오른쪽으로 치우친 트리
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elsif balance_factor < -1
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if balance_factor(node.right) <= 0
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# 왼쪽 회전
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return left_rotate(node)
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else
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# 오른쪽으로 회전한 후 왼쪽으로 회전한다
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node.right = right_rotate(node.right)
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return left_rotate(node)
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end
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|
end
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# 균형 트리이므로 회전할 필요 없이 바로 반환한다
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node
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end
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### 노드 삽입 ###
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def insert(val)
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@root = insert_helper(@root, val)
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end
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### 노드의 재귀적 삽입(보조 메서드)###
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def insert_helper(node, val)
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return TreeNode.new(val) if node.nil?
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# 1. 삽입 위치를 찾아 노드를 삽입한다
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if val < node.val
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node.left = insert_helper(node.left, val)
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elsif val > node.val
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node.right = insert_helper(node.right, val)
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|
else
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# 중복 노드는 삽입하지 않고 바로 반환한다
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return node
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|
end
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# 노드 높이를 갱신한다
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update_height(node)
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# 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다
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rotate(node)
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|
end
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### 노드 삭제 ###
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def remove(val)
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@root = remove_helper(@root, val)
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|
end
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### 노드의 재귀적 삭제(보조 메서드)###
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def remove_helper(node, val)
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return if node.nil?
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# 1. 노드를 찾아 삭제한다
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if val < node.val
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node.left = remove_helper(node.left, val)
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elsif val > node.val
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node.right = remove_helper(node.right, val)
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|
else
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if node.left.nil? || node.right.nil?
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child = node.left || node.right
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# 자식 노드 수 = 0이면 node를 바로 삭제하고 반환한다
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return if child.nil?
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# 자식 노드 수 = 1이면 node를 바로 삭제한다
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node = child
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else
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# 자식 노드 수 = 2이면 중위 순회의 다음 노드를 삭제하고, 그 노드로 현재 노드를 대체한다
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temp = node.right
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while !temp.left.nil?
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temp = temp.left
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|
end
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node.right = remove_helper(node.right, temp.val)
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|
node.val = temp.val
|
|
end
|
|
end
|
|
# 노드 높이를 갱신한다
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|
update_height(node)
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|
# 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다
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rotate(node)
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|
end
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### 노드 탐색 ###
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def search(val)
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cur = @root
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# 반복하여 탐색하다 리프 노드를 지나면 종료한다
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while !cur.nil?
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# 목표 노드는 cur의 오른쪽 서브트리에 있다
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if cur.val < val
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cur = cur.right
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# 목표 노드는 cur의 왼쪽 서브트리에 있다
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elsif cur.val > val
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cur = cur.left
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# 목표 노드를 찾았으므로 반복문을 종료한다
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else
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break
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end
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|
end
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|
# 목표 노드를 반환한다
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cur
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end
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|
end
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### 실행 코드 ###
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if __FILE__ == $0
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def test_insert(tree, val)
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tree.insert(val)
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puts "\n노드 삽입 후의 AVL 트리(노드: #{val})"
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print_tree(tree.get_root)
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end
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def test_remove(tree, val)
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tree.remove(val)
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puts "\n노드 삭제 후의 AVL 트리(노드: #{val})"
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|
print_tree(tree.get_root)
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|
end
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# 빈 AVL 트리 초기화
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avl_tree = AVLTree.new
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# 노드 삽입
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# 노드를 삽입한 후 AVL 트리가 어떻게 균형을 유지하는지 살펴본다
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for val in [1, 2, 3, 4, 5, 8, 7, 9, 10, 6]
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|
test_insert(avl_tree, val)
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end
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# 중복 노드 삽입
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test_insert(avl_tree, 7)
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# 노드 삭제
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# 노드를 삭제한 후 AVL 트리가 어떻게 균형을 유지하는지 살펴본다
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test_remove(avl_tree, 8) # 차수가 0인 노드 삭제
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test_remove(avl_tree, 5) # 차수가 1인 노드 삭제
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|
test_remove(avl_tree, 4) # 차수가 2인 노드 삭제
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result_node = avl_tree.search(7)
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puts "\n찾은 노드 객체: #{result_node}, 노드 값 = #{result_node.val}"
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end
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