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9.9 KiB
Zig
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Zig
// File: avl_tree.zig
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// Created Time: 2023-01-15
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// Author: codingonion ([email protected])
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const std = @import("std");
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const inc = @import("include");
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// AVL 트리
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pub fn AVLTree(comptime T: type) type {
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return struct {
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const Self = @This();
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root: ?*inc.TreeNode(T) = null, // 루트 노드
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mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null,
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mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 메모리 할당자
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// 생성자
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pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) void {
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if (self.mem_arena == null) {
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self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator);
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self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator();
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}
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}
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// 소멸자
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pub fn deinit(self: *Self) void {
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if (self.mem_arena == null) return;
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self.mem_arena.?.deinit();
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}
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// 노드 높이 반환
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fn height(self: *Self, node: ?*inc.TreeNode(T)) i32 {
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_ = self;
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// 빈 노드의 높이는 -1이고, 리프 노드의 높이는 0이다
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return if (node == null) -1 else node.?.height;
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}
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// 노드 높이를 갱신한다
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fn updateHeight(self: *Self, node: ?*inc.TreeNode(T)) void {
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// 노드 높이는 가장 높은 서브트리의 높이 + 1이다
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node.?.height = @max(self.height(node.?.left), self.height(node.?.right)) + 1;
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}
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// 균형 인수 반환
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fn balanceFactor(self: *Self, node: ?*inc.TreeNode(T)) i32 {
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// 빈 노드의 균형 인수는 0이다
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if (node == null) return 0;
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// 노드의 균형 인수 = 왼쪽 서브트리 높이 - 오른쪽 서브트리 높이
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return self.height(node.?.left) - self.height(node.?.right);
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}
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// 오른쪽 회전 연산
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fn rightRotate(self: *Self, node: ?*inc.TreeNode(T)) ?*inc.TreeNode(T) {
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var child = node.?.left;
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var grandChild = child.?.right;
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// child를 중심으로 node를 오른쪽으로 회전한다
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child.?.right = node;
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node.?.left = grandChild;
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// 노드 높이를 갱신한다
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self.updateHeight(node);
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self.updateHeight(child);
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// 회전한 서브트리의 루트 노드를 반환한다
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return child;
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}
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// 왼쪽 회전 연산
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fn leftRotate(self: *Self, node: ?*inc.TreeNode(T)) ?*inc.TreeNode(T) {
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var child = node.?.right;
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var grandChild = child.?.left;
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// child를 중심으로 node를 왼쪽으로 회전한다
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child.?.left = node;
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node.?.right = grandChild;
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// 노드 높이를 갱신한다
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self.updateHeight(node);
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self.updateHeight(child);
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// 회전한 서브트리의 루트 노드를 반환한다
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return child;
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}
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// 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형 복원
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fn rotate(self: *Self, node: ?*inc.TreeNode(T)) ?*inc.TreeNode(T) {
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// 노드 node의 균형 인수를 구한다
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var balance_factor = self.balanceFactor(node);
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// 왼쪽으로 치우친 트리
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if (balance_factor > 1) {
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if (self.balanceFactor(node.?.left) >= 0) {
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// 오른쪽 회전
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return self.rightRotate(node);
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} else {
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// 왼쪽으로 회전한 후 오른쪽으로 회전한다
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node.?.left = self.leftRotate(node.?.left);
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return self.rightRotate(node);
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|
}
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|
}
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// 오른쪽으로 치우친 트리
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if (balance_factor < -1) {
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if (self.balanceFactor(node.?.right) <= 0) {
|
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// 왼쪽 회전
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return self.leftRotate(node);
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} else {
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// 오른쪽으로 회전한 후 왼쪽으로 회전한다
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node.?.right = self.rightRotate(node.?.right);
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return self.leftRotate(node);
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}
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}
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// 균형 트리이므로 회전할 필요 없이 바로 반환한다
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return node;
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}
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// 노드 삽입
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fn insert(self: *Self, val: T) !void {
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self.root = (try self.insertHelper(self.root, val)).?;
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}
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// 노드의 재귀적 삽입(보조 메서드)
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fn insertHelper(self: *Self, node_: ?*inc.TreeNode(T), val: T) !?*inc.TreeNode(T) {
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var node = node_;
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if (node == null) {
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var tmp_node = try self.mem_allocator.create(inc.TreeNode(T));
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tmp_node.init(val);
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return tmp_node;
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}
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// 1. 삽입 위치를 찾아 노드를 삽입한다
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if (val < node.?.val) {
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node.?.left = try self.insertHelper(node.?.left, val);
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} else if (val > node.?.val) {
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node.?.right = try self.insertHelper(node.?.right, val);
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} else {
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return node; // 중복 노드는 삽입하지 않고 바로 반환한다
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}
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self.updateHeight(node); // 노드 높이를 갱신한다
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// 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다
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node = self.rotate(node);
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// 서브트리의 루트 노드를 반환한다
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return node;
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}
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// 노드 삭제
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fn remove(self: *Self, val: T) void {
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self.root = self.removeHelper(self.root, val).?;
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}
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// 노드의 재귀적 삭제(보조 메서드)
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fn removeHelper(self: *Self, node_: ?*inc.TreeNode(T), val: T) ?*inc.TreeNode(T) {
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var node = node_;
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if (node == null) return null;
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// 1. 노드를 찾아 삭제한다
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if (val < node.?.val) {
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node.?.left = self.removeHelper(node.?.left, val);
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} else if (val > node.?.val) {
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|
node.?.right = self.removeHelper(node.?.right, val);
|
|
} else {
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if (node.?.left == null or node.?.right == null) {
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var child = if (node.?.left != null) node.?.left else node.?.right;
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// 자식 노드 수 = 0이면 node를 바로 삭제하고 반환한다
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if (child == null) {
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return null;
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// 자식 노드 수 = 1이면 node를 바로 삭제한다
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} else {
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node = child;
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}
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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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var temp = node.?.right;
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|
while (temp.?.left != null) {
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|
temp = temp.?.left;
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}
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|
node.?.right = self.removeHelper(node.?.right, temp.?.val);
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node.?.val = temp.?.val;
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|
}
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|
}
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self.updateHeight(node); // 노드 높이를 갱신한다
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// 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다
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node = self.rotate(node);
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// 서브트리의 루트 노드를 반환한다
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return node;
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}
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// 노드 탐색
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fn search(self: *Self, val: T) ?*inc.TreeNode(T) {
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var cur = self.root;
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// 반복하여 탐색하다 리프 노드를 지나면 종료한다
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while (cur != null) {
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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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} else if (cur.?.val > val) {
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cur = cur.?.left;
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// 목표 노드를 찾았으므로 반복문을 종료한다
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} else {
|
|
break;
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}
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}
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// 목표 노드를 반환한다
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return cur;
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|
}
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};
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}
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pub fn testInsert(comptime T: type, tree_: *AVLTree(T), val: T) !void {
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var tree = tree_;
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try tree.insert(val);
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std.debug.print("\n노드 {} 삽입 후의 AVL 트리:\n", .{val});
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try inc.PrintUtil.printTree(tree.root, null, false);
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|
}
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pub fn testRemove(comptime T: type, tree_: *AVLTree(T), val: T) void {
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|
var tree = tree_;
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|
tree.remove(val);
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|
std.debug.print("\n노드 {} 삭제 후의 AVL 트리:\n", .{val});
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|
try inc.PrintUtil.printTree(tree.root, null, false);
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|
}
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// 실행 코드
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pub fn main() !void {
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// 빈 AVL 트리 초기화
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var avl_tree = AVLTree(i32){};
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avl_tree.init(std.heap.page_allocator);
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defer avl_tree.deinit();
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// 노드 삽입
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// 노드를 삽입한 후 AVL 트리가 어떻게 균형을 유지하는지 살펴본다
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try testInsert(i32, &avl_tree, 1);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 2);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 3);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 4);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 5);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 8);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 7);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 9);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 10);
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try testInsert(i32, &avl_tree, 6);
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// 중복 노드 삽입
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try testInsert(i32, &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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testRemove(i32, &avl_tree, 8); // 차수가 0인 노드 삭제
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testRemove(i32, &avl_tree, 5); // 차수가 1인 노드 삭제
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testRemove(i32, &avl_tree, 4); // 차수가 2인 노드 삭제
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// 노드 탐색
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var node = avl_tree.search(7).?;
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|
std.debug.print("\n찾은 노드 객체: {any}, 노드 값 = {}\n", .{node, node.val});
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|
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
|
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} |