AVL树,怎么维持平衡性?

简介

首先AVL树是二分搜索树,如果不知道二分搜索树的童鞋,可以先百度了解一下二分搜索树的基本特征。

那么为什么要出现AVL树呢?

我们都知道,当按顺序往二分搜索树中添加元素时,其会退化成链表,为了让树结构能够有自平衡性,科学家们定义了一种新的平衡树——AVL树,名字取自几个科学家姓名的首字母。

接下来我们来看看AVL树的一些基本特性:

第一点,满足二分搜索树所有性质;
第二点,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。

平衡因子

这里注意一个重要概念,平衡因子,就是左右子树高度差的绝对值,待会儿需要频繁提到。记住下面的公式:

平衡因子 = | 左子树高度 - 右子树高度 |

介于有些童鞋不太理解左右子树的概念,以下面的图中为例,左边第一棵树节点47的左子树为35、32、45一起组成的树,右子树为60组成的树(一个节点也可以看成是一棵树)

下图中间第二棵树中,47的左子树为35、32、45、29一起组成的树,35的左子树为32,29一起组成的树,以此类推。

我们来直观的看一下哪些树满足AVL树特性,哪些树不满足AVL树特性,下面来举几个栗子🌰

image.png

AVL树维持自平衡性

AVL树为了维持自身平衡性,在插入元素时,计算了每个节点的平衡因子是否大于1,如果大于,那么就将进行相应的旋转操作以维持平衡性。

首先我们来看看插入元素时,会导致不平衡的所有情况。在此之前,我们先做一个约定,在插入元素后,以插入的元素为起点,向上追溯,找寻到的第一个平衡因子大于1的节点称为不平衡起始节点

以不平衡起始节点向下追寻插入节点的位置,那么由此可以把不平衡性分为四种情况。如果导致不平衡的节点处于不平衡起始节点左孩子的左孩子一侧,那么就是LL情形,同理处于右孩子的右孩子一侧,属于RR情形。以此类推还有RL情形和LR情形。

LL情形:
针对这种情形,我们只要把不平衡起始节点35作一次右旋转。

image.png

右旋转
为了不失一般性,我把右旋转里空位节点也用树来代替,其实一般情况下,空位是不大可能出现元素的,因为破坏平衡的节点一旦出现,就会被及时纠正,空位出现元素的概率不是很大。

如下图,x对应LL情形中的35,把x节点作为y节点的右孩子,t3作为x节点的左孩子,其他不变。

image.png

具体元素右旋转示意图:
让不平衡起始点元素的左孩子成为新的起始节点,把不平衡起始节点47整个搬过来成为35节点的右孩子,然后35节点的右孩子成为47节点的左孩子。

image.png

LR情形:
针对这种情形,我们只要把不平衡起始节点35的左孩子32做一次左旋转,然后就转变成了LL情形,接着把35做一次右旋转。

image.png

t1,t2,t3都是为不失一般性才手动添加的节点,真实添加过程中,添加到45这个节点时,就已经打破平衡性,然后开始进行平衡维护了,希望知晓。

image.png

RR情形

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RL情形

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聪明的你应该就知道了,RR和RL与上面的LL和LR原理相同。我就不再赘述了。

参考资料:
慕课网《玩转数据结构》
玩转数据结构

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