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7.7 KiB
Java
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7.7 KiB
Java
/**
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* File: avl_tree.java
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* Created Time: 2022-12-10
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* Author: krahets ([email protected])
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*/
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package chapter_tree;
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import utils.*;
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/* AVL 트리 */
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class AVLTree {
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TreeNode root; // 루트 노드
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/* 노드 높이 반환 */
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public int height(TreeNode node) {
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// 빈 노드의 높이는 -1이고, 리프 노드의 높이는 0이다
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return node == null ? -1 : node.height;
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}
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/* 노드 높이를 갱신한다 */
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private void updateHeight(TreeNode node) {
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// 노드 높이는 가장 높은 서브트리의 높이 + 1이다
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node.height = Math.max(height(node.left), height(node.right)) + 1;
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}
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/* 균형 인수 반환 */
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public int balanceFactor(TreeNode node) {
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// 빈 노드의 균형 인수는 0이다
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if (node == null)
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return 0;
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// 노드의 균형 인수 = 왼쪽 서브트리 높이 - 오른쪽 서브트리 높이
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return height(node.left) - height(node.right);
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}
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/* 오른쪽 회전 연산 */
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private TreeNode rightRotate(TreeNode node) {
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TreeNode child = node.left;
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TreeNode 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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updateHeight(node);
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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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private TreeNode leftRotate(TreeNode node) {
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TreeNode child = node.right;
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TreeNode 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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updateHeight(node);
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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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private TreeNode rotate(TreeNode node) {
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// 노드 node의 균형 인수를 구한다
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int balanceFactor = balanceFactor(node);
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// 왼쪽으로 치우친 트리
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if (balanceFactor > 1) {
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if (balanceFactor(node.left) >= 0) {
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// 오른쪽 회전
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return rightRotate(node);
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} else {
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// 왼쪽으로 회전한 후 오른쪽으로 회전한다
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node.left = leftRotate(node.left);
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return rightRotate(node);
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}
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|
}
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// 오른쪽으로 치우친 트리
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if (balanceFactor < -1) {
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if (balanceFactor(node.right) <= 0) {
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// 왼쪽 회전
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return leftRotate(node);
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|
} else {
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// 오른쪽으로 회전한 후 왼쪽으로 회전한다
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node.right = rightRotate(node.right);
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return 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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public void insert(int val) {
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root = insertHelper(root, val);
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}
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/* 노드의 재귀적 삽입(보조 메서드) */
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private TreeNode insertHelper(TreeNode node, int val) {
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if (node == null)
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return new TreeNode(val);
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/* 1. 삽입 위치를 찾아 노드를 삽입한다 */
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if (val < node.val)
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node.left = insertHelper(node.left, val);
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else if (val > node.val)
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node.right = 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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updateHeight(node); // 노드 높이를 갱신한다
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/* 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다 */
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node = 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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public void remove(int val) {
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root = removeHelper(root, val);
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}
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/* 노드의 재귀적 삭제(보조 메서드) */
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|
private TreeNode removeHelper(TreeNode node, int val) {
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|
if (node == null)
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return null;
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/* 1. 노드를 찾아 삭제한다 */
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if (val < node.val)
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node.left = removeHelper(node.left, val);
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|
else if (val > node.val)
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node.right = removeHelper(node.right, val);
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|
else {
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|
if (node.left == null || node.right == null) {
|
|
TreeNode child = node.left != null ? node.left : 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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} else {
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// 자식 노드 수 = 2이면 중위 순회의 다음 노드를 삭제하고, 그 노드로 현재 노드를 대체한다
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TreeNode temp = node.right;
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|
while (temp.left != null) {
|
|
temp = temp.left;
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|
}
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|
node.right = removeHelper(node.right, temp.val);
|
|
node.val = temp.val;
|
|
}
|
|
}
|
|
updateHeight(node); // 노드 높이를 갱신한다
|
|
/* 2. 회전 연산을 수행하여 해당 서브트리의 균형을 복원한다 */
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|
node = 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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public TreeNode search(int val) {
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TreeNode cur = 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
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break;
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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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public class avl_tree {
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static void testInsert(AVLTree tree, int val) {
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|
tree.insert(val);
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System.out.println("\n노드 삽입: " + val + " ; 연산 후 AVL 트리");
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|
PrintUtil.printTree(tree.root);
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|
}
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static void testRemove(AVLTree tree, int val) {
|
|
tree.remove(val);
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|
System.out.println("\n노드 삭제: " + val + " ; 연산 후 AVL 트리");
|
|
PrintUtil.printTree(tree.root);
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|
}
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public static void main(String[] args) {
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/* 빈 AVL 트리 초기화 */
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AVLTree avlTree = new AVLTree();
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/* 노드 삽입 */
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// 노드를 삽입한 후 AVL 트리가 어떻게 균형을 유지하는지 살펴본다
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testInsert(avlTree, 1);
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testInsert(avlTree, 2);
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testInsert(avlTree, 3);
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testInsert(avlTree, 4);
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testInsert(avlTree, 5);
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testInsert(avlTree, 8);
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testInsert(avlTree, 7);
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testInsert(avlTree, 9);
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|
testInsert(avlTree, 10);
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testInsert(avlTree, 6);
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/* 중복 노드 삽입 */
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|
testInsert(avlTree, 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(avlTree, 8); // 차수가 0인 노드 삭제
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testRemove(avlTree, 5); // 차수가 1인 노드 삭제
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testRemove(avlTree, 4); // 차수가 2인 노드 삭제
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/* 노드 조회 */
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TreeNode node = avlTree.search(7);
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System.out.println("\n찾은 노드 객체: " + node + ", 노드 값 = " + node.val);
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}
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}
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