数据结构-再看AVL树与红黑树

AVL树得名于它的发明者G. M. Adelson-Velsky和E. M. Landis,他们在1962年的论文《An algorithm for the organization of information》中发表了它。

特点:

1.本身首先是一棵二叉搜索树。

2.带有平衡条件:每个结点的左右子树的高度之差的绝对值(平衡因子)最多为1。

也就是说,AVL树,本质上是带了平衡功能的二叉查找树(二叉排序树,二叉搜索树)。

对于如何理解上面两个特点,我们可以先看个图:


这是一个标准的AVL树

如果现在要插入一个99的节点,一定得作为右孩子放在88的右边,如图


这就不是一个AVL树了

目前,左子树的高度为1,右子树高度为3,已经超过1了。根据旋转的逻辑,哪边的树低,就往哪个方向旋转。所以左旋转之后,如图


左旋转之后的AVL树

旋转之后,有两个关键点需要注意

1 77变成了根节点

2 77之前的左孩子75变成了66的右孩子

为什么会有上面的变化呢?

其实这跟AVL本身的结构特性相关,为了保持平衡,AVL树在做数据插入或者更新时,需要不停的进行旋转,本着最小路径原则,只有当77为根节点,才能维持这个平衡。大家自己可以试其它的节点,看77是不是最优解。另外一个就是77之前的左孩子75为什么就变成了66的新右孩子呢?那我们再看一下二叉树的基本条件,左节点一定比右节点小,当66成为77新的左孩子之后,75按照这个原则只能脱离77去找自己新的位置,最终只能作为66的右孩子。

上面说的两种情况其实是比较简单的左孩子的左子树(LL),右孩子的右子树(RR)情况,下面我们说详细的说一下稍微复杂一点儿的左孩子的右子树(LR)及右孩子的左子树(RL)的情况。

 左孩子的右子树:


LR

F作为新加入的节点,整棵树的自平衡就不存在了,最终要以E为中心点进行旋转,首先B节点进行左旋


B节点左旋

目前还是不平衡,A节点再进行右旋


A节点右旋

 右孩子的左子树:


RL

F作为新加入的节点,整棵树的自平衡就不存在了,最终要以E为中心点进行旋转,首先 C节点进行右旋


C右旋

A节点再进行左旋


A节点左旋

如果LR与RL的情况,记住以新加节点的父节点为中心点进行旋转

最后汇总一下旋转的情形:

1 根节点的左孩子的左子树插入节点(LL)==》右旋

2 根节点的右孩子的右子树插入节点(RR)==》左旋

3 根节点的左孩子的右子树插入节点(LR)==》原来根结点的左孩子的右孩子作为新的根节点

4 根节点的右孩子的左子树插入节点(RL)==》原来根结点的右孩子的左孩子作为新的根节点

后面这两个比较复杂,需要仔细体会。

参考地址https://zhuanlan.zhihu.com/p/56066942

关于上面AVL树的特性,真实的应用场景可能已经不多。为了保持高度平横,他的变动效率较低。为了解决这个问题,红黑树就应运而生了。B站上有一个号称讲的最透彻的视频,大家感兴趣的可以去看看红黑树讲解

有6个特性:

属性1:红黑树必须是二叉搜索树。

属性2:根节点必须涂成黑色。

属性3:红色节点的子节点必须涂成黑色。(不应该有两个连续的红结点)。

属性4:在树的所有路径中,应该有相同数量的黑色节点。

属性#5:每个新节点必须用红色插入。

属性6:每个叶节点(如NULL节点)必须涂成黑色。

在红黑树中,每个新节点都必须以红色插入。红黑树中的插入操作与二叉搜索树中的插入操作相似。但是它是用颜色属性插入的。每次插入操作结束后,我们都需要检查红黑树的所有属性。如果所有的属性都满足,我们就进行下一个操作否则我们执行下面的操作使它成为红黑树。

1. 重新着色

2. 旋转

3.旋转后重新上色

红黑树中的插入操作使用以下步骤执行…

步骤1 -检查树是否为空。

步骤2 -如果树是空的,那么插入新节点作为根节点,颜色为黑色,并退出操作。

步骤3 -如果树不是空的,然后插入新节点为叶子节点,颜色为红色。

步骤4 -如果newNode的父结点为黑色,则退出操作。

步骤5 -如果newNode的父节点是红色的,那么检查parentnode的兄弟节点的颜色。

步骤6 -如果它是黑色或NULL,然后做适当的旋转和重新上色。

步骤7 -如果它是红色的,然后执行重新上色。重复相同的操作,直到树变成红黑树。

下面给一个例子,图片来源http://btechsmartclass.com/data_structures/ds_images/Red_Black_Tree_Creation.png


一棵红黑树的成功长成

以上关于红黑树的说明全部来源于http://btechsmartclass.com/data_structures/red-black-trees.html

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