Files
hello-algo/ko/codes/python/chapter_tree/avl_tree.py
T
Yudong Jin 2f561d3d51 feat(ko): add the Korean online edition (#2006)
* feat(ko): add the complete Korean online edition

* Use UTF-8 for Python CI output on Windows

* Remove print-book promotion from the Korean site

* fix(ko): preserve emphasis before Korean particles
2026-10-29 03:46:43 +08:00

201 lines
7.4 KiB
Python

"""
File: avl_tree.py
Created Time: 2022-12-20
Author: a16su ([email protected])
"""
import sys
from pathlib import Path
sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
from modules import TreeNode, print_tree
class AVLTree:
"""AVL 트리"""
def __init__(self):
"""생성자"""
self._root = None
def get_root(self) -> TreeNode | None:
"""이진 트리의 루트 노드 반환"""
return self._root
def height(self, node: TreeNode | None) -> int:
"""노드 높이 반환"""
# 빈 노드의 높이는 -1이고, 리프 노드의 높이는 0이다
if node is not None:
return node.height
return -1
def update_height(self, node: TreeNode | None):
"""노드 높이를 갱신한다"""
# 노드 높이는 가장 높은 서브트리의 높이 + 1이다
node.height = max([self.height(node.left), self.height(node.right)]) + 1
def balance_factor(self, node: TreeNode | None) -> int:
"""균형 인수 반환"""
# 빈 노드의 균형 인수는 0이다
if node is None:
return 0
# 노드의 균형 인수 = 왼쪽 서브트리 높이 - 오른쪽 서브트리 높이
return self.height(node.left) - self.height(node.right)
def right_rotate(self, node: TreeNode | None) -> TreeNode | None:
"""오른쪽 회전 연산"""
child = node.left
grand_child = child.right
# child를 중심으로 node를 오른쪽으로 회전한다
child.right = node
node.left = grand_child
# 노드 높이를 갱신한다
self.update_height(node)
self.update_height(child)
# 회전한 서브트리의 루트 노드를 반환한다
return child
def left_rotate(self, node: TreeNode | None) -> TreeNode | None:
"""왼쪽 회전 연산"""
child = node.right
grand_child = child.left
# child를 중심으로 node를 왼쪽으로 회전한다
child.left = node
node.right = grand_child
# 노드 높이를 갱신한다
self.update_height(node)
self.update_height(child)
# 회전한 서브트리의 루트 노드를 반환한다
return child
def rotate(self, node: TreeNode | None) -> TreeNode | None:
"""회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형 복원"""
# 노드 node의 균형 인수를 구한다
balance_factor = self.balance_factor(node)
# 왼쪽으로 치우친 트리
if balance_factor > 1:
if self.balance_factor(node.left) >= 0:
# 오른쪽 회전
return self.right_rotate(node)
else:
# 왼쪽으로 회전한 후 오른쪽으로 회전한다
node.left = self.left_rotate(node.left)
return self.right_rotate(node)
# 오른쪽으로 치우친 트리
elif balance_factor < -1:
if self.balance_factor(node.right) <= 0:
# 왼쪽 회전
return self.left_rotate(node)
else:
# 오른쪽으로 회전한 후 왼쪽으로 회전한다
node.right = self.right_rotate(node.right)
return self.left_rotate(node)
# 균형 트리이므로 회전할 필요 없이 바로 반환한다
return node
def insert(self, val):
"""노드 삽입"""
self._root = self.insert_helper(self._root, val)
def insert_helper(self, node: TreeNode | None, val: int) -> TreeNode:
"""노드의 재귀적 삽입(보조 메서드)"""
if node is None:
return TreeNode(val)
# 1. 삽입 위치를 찾아 노드를 삽입한다
if val < node.val:
node.left = self.insert_helper(node.left, val)
elif val > node.val:
node.right = self.insert_helper(node.right, val)
else:
# 중복 노드는 삽입하지 않고 바로 반환한다
return node
# 노드 높이를 갱신한다
self.update_height(node)
# 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다
return self.rotate(node)
def remove(self, val: int):
"""노드 삭제"""
self._root = self.remove_helper(self._root, val)
def remove_helper(self, node: TreeNode | None, val: int) -> TreeNode | None:
"""노드의 재귀적 삭제(보조 메서드)"""
if node is None:
return None
# 1. 노드를 찾아 삭제한다
if val < node.val:
node.left = self.remove_helper(node.left, val)
elif val > node.val:
node.right = self.remove_helper(node.right, val)
else:
if node.left is None or node.right is None:
child = node.left or node.right
# 자식 노드 수 = 0이면 node를 바로 삭제하고 반환한다
if child is None:
return None
# 자식 노드 수 = 1이면 node를 바로 삭제한다
else:
node = child
else:
# 자식 노드 수 = 2이면 중위 순회의 다음 노드를 삭제하고, 그 노드로 현재 노드를 대체한다
temp = node.right
while temp.left is not None:
temp = temp.left
node.right = self.remove_helper(node.right, temp.val)
node.val = temp.val
# 노드 높이를 갱신한다
self.update_height(node)
# 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다
return self.rotate(node)
def search(self, val: int) -> TreeNode | None:
"""노드 탐색"""
cur = self._root
# 반복하여 탐색하다 리프 노드를 지나면 종료한다
while cur is not None:
# 목표 노드는 cur의 오른쪽 서브트리에 있다
if cur.val < val:
cur = cur.right
# 목표 노드는 cur의 왼쪽 서브트리에 있다
elif cur.val > val:
cur = cur.left
# 목표 노드를 찾았으므로 반복문을 종료한다
else:
break
# 목표 노드를 반환한다
return cur
"""실행 코드"""
if __name__ == "__main__":
def test_insert(tree: AVLTree, val: int):
tree.insert(val)
print("\n노드 {} 삽입 후의 AVL 트리".format(val))
print_tree(tree.get_root())
def test_remove(tree: AVLTree, val: int):
tree.remove(val)
print("\n노드 {} 삭제 후의 AVL 트리".format(val))
print_tree(tree.get_root())
# 빈 AVL 트리 초기화
avl_tree = AVLTree()
# 노드 삽입
# 노드를 삽입한 후 AVL 트리가 어떻게 균형을 유지하는지 살펴본다
for val in [1, 2, 3, 4, 5, 8, 7, 9, 10, 6]:
test_insert(avl_tree, val)
# 중복 노드 삽입
test_insert(avl_tree, 7)
# 노드 삭제
# 노드를 삭제한 후 AVL 트리가 어떻게 균형을 유지하는지 살펴본다
test_remove(avl_tree, 8) # 차수가 0인 노드 삭제
test_remove(avl_tree, 5) # 차수가 1인 노드 삭제
test_remove(avl_tree, 4) # 차수가 2인 노드 삭제
result_node = avl_tree.search(7)
print("\n찾은 노드 객체는 {}, 노드 값 = {}".format(result_node, result_node.val))