【数据结构与算法】平衡二叉树（AVL树）

平衡二叉树（AVL树）

给你一个数列{1,2,3,4,5,6}，要求创建二叉排序树（BST），并分析问题所在。

在这里插入图片描述

BST 存在的问题分析：

  1. 左子树全部为空，从形式上看，更像一个单链表。
  2. 插入速度没有影响。
  3. 查询速度明显降低（因为需要依次比较），不能发挥 BST 的优势，因为每次还需要比较左子树，其查询速度比单链表还慢。
  4. 解决方案：平衡二叉树（AVL）

基本介绍

  1. 平衡二叉树也叫平衡二叉搜索树（Self - balancing binary search tree）又被称为 AVL 树，可以保证查询速率较高。
  2. 具有一下特点：它是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不能超过 1，并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树，平衡二叉树的常用实现方法有：红黑树、AVL、替罪羊树、Treap、伸展树等。

应用案例 - 左旋转

给你一个数列{4,3,6,5,7,8}，构建成一棵平衡二叉树。

问题：

当插入 8 时，rightHeight() - leftHight() > 1 成立，此时，不再是一棵 AVL 树了。

思路 - 左旋转：

  1. 创建一个新的节点 newNode（以 4 这个值创建），值等于当前根节点的值；
  2. 把新节点的左子树设置为当前节点的左子树；
  3. 把新节点的右子树设置为当前节点右子树的左子树；
  4. 把当前节点的值换为右子节点的值；
  5. 把当前节点的右子树设置为右子树的右子树；
  6. 把当前节点的左子树设置为新节点。
    在这里插入图片描述

代码实现：

public class AVLTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {4, 3, 6, 5, 7, 8};
        // 创建一个 AVLTree
        AVLTree avlTree = new AVLTree();
        // 添加节点
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            avlTree.add(new Node(arr[i]));
        }

        // 遍历
        System.out.println("中序遍历");
        avlTree.infixOrder();
        System.out.println("左子树：" + avlTree.getRoot().leftHeight());
        System.out.println("右子树：" + avlTree.getRoot().rightHeight());
        System.out.println("树：" + avlTree.getRoot().height());
    }
}

// 创建 AVLTree
class AVLTree {
    private Node root;

    /**
     * 查找要删除的节点
     *
     * @param value 要删除的节点的值
     * @return 如果找到，返回节点，否则，返回 null
     */
    public Node search(int value) {
        if (root == null) {
            return null;
        } else {
            return root.search(value);
        }
    }

    /**
     * 得到以 node 为节点的最小节点的值，并删除该值
     *
     * @param node 传入的节点
     * @return 返回的是以 node 为根节点的二叉排序树的最小节点的值
     */
    public int delRightTreeMin(Node node) {
        Node target = node;
        // 循环查找左节点，就会找到最小值
        while (target.left != null) {
            target = target.left;
        }
        // 这时 target 就指向了最小节点
        // 删除最小节点
        delNode(target.value);
        return target.value;
    }

    /**
     * 得到以 node 为节点的最大节点的值，并删除该值
     *
     * @param node 传入的节点
     * @return 返回的是以 node 为根节点的二叉排序树的最大节点的值
     */
    public int delLiftTreeMax(Node node) {
        Node target = node;
        // 循环查找右节点，就会找到最小值
        while (target.right != null) {
            target = target.right;
        }
        // 这时 target 就指向了最大节点
        // 删除最大节点
        delNode(target.value);
        return target.value;
    }

    /**
     * 删除节点
     *
     * @param value 要删除节点的值
     */
    public void delNode(int value) {
        if (root == null) {
            return;
        } else {
            // 1. 需要先去找到要删除的节点
            Node targetNode = search(value);
            // 如果没有找到要删除的节点
            if (targetNode == null) {
                return;
            }
            // 如果我们发现当前这棵二叉排序树只有一个节点
            if (root.left == null && root.right == null) {
                root = null;
                return;
            }
            // 去找到 targetNode 的父节点
            Node parent = searchParent(value);
            // 第一种情况
            // 如果要删除节点是叶子结点
            if (targetNode.left == null && targetNode.right == null) {
                // 判断 targetNode 是父节点的左子节点还是右子节点
                if (parent.left != null && parent.left.value == value) { // 是左子节点
                    parent.left = null;
                } else if (parent.right != null && parent.right.value == value) { // 是右子节点
                    parent.right = null;
                }
            } else if (targetNode.left != null && targetNode.right != null) {
                // 第三种情况
                // 如果要删除的节点是有两棵子树的节点
                // 向右子树找最小值
//                targetNode.value = delRightTreeMin(targetNode.right);
                // 向左子树找最大值
                targetNode.value = delLiftTreeMax(targetNode.left);
            } else {
                // 第二种情况
                // 如果要删除的节点是只有一棵子树的的节点
                // 如果要删除的节点有左子节点
                if (targetNode.left != null) {
                    if (parent != null) {
                        // 如果 targetNode 是 parent 的左子节点
                        if (parent.left.value == value) {
                            parent.left = targetNode.left;
                        } else { // 如果 targetNode 是 parent 的右子节点
                            parent.right = targetNode.left;
                        }
                    } else {
                        root = targetNode.left;
                    }
                } else { // 如果要删除的节点有右子节点
                    if (parent != null) {
                        // 如果 targetNode 是 parent 的左子节点
                        if (parent.left.value == value) {
                            parent.left = targetNode.right;
                        } else { // 如果 targetNode 是 parent 的右子节点
                            parent.right = targetNode.right;
                        }
                    } else {
                        root = targetNode.right;
                    }
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 查找要删除节点的父节点
     *
     * @param value 要删除节点的值
     * @return 如果找到，放回父节点，否则，返回 null
     */
    public Node searchParent(int value) {
        if (root == null) {
            return null;
        } else {
            return root.searchParent(value);
        }
    }

    /**
     * 添加节点的方法
     *
     * @param node 需要添加的节点
     */
    public void add(Node node) {
        // 如果 root 为空，则直接让 root 指向 node
        if (root == null) {
            root = node;
        } else {
            root.add(node);
        }
    }

    /**
     * 中序遍历
     */
    public void infixOrder() {
        if (root != null) {
            root.infixOrder();
        } else {
            System.out.println("二叉排序树为空，不能遍历");
        }
    }

    public Node getRoot() {
        return root;
    }

    public void setRoot(Node root) {
        this.root = root;
    }
}

// 创建 Node 节点
class Node {
    int value;
    Node left;
    Node right;

    public Node(int value) {
        this.value = value;
    }

    /**
     * 左子树的高度
     *
     * @return 返回左子树的高度
     */
    public int leftHeight() {
        return left == null ? 0 : left.height();
    }

    /**
     * 右子树的高度
     *
     * @return 返回右子树的高度
     */
    public int rightHeight() {
        return right == null ? 0 : right.height();
    }

    /**
     * 得到以当前节点为根节点的树的高度
     *
     * @return 返回当前节点的高度
     */
    public int height() {
        return Math.max(left == null ? 0 : left.height(), right == null ? 0 : right.height()) + 1;
    }

    /**
     * 左旋转
     */
    private void leftRotate() {
        // 1. 创建一个新的节点 newNode（以 4 这个值创建），值等于当前根节点的值；
        Node newNode = new Node(value);
        // 2. 把新节点的左子树设置为当前节点的左子树；
        newNode.left = left;
        // 3. 把新节点的右子树设置为当前节点右子树的左子树；
        newNode.right = right.left;
        // 4. 把当前节点的值换为右子节点的值；
        value = right.value;
        // 5. 把当前节点的右子树设置为右子树的右子树；
        right = right.right;
        // 6. 把当前节点的左子树设置为新节点。
        left = newNode;
    }

    /**
     * 查找要删除的节点
     *
     * @param value 希望删除的节点的值
     * @return 如果找到返回该节点，否则，返回 null
     */
    public Node search(int value) {
        if (value == this.value) { // 找到该节点
            return this;
        } else if (value < this.value) { // 如果查找的节点小于当前节点，向左子树递归查找
            if (this.left == null) {
                return null;
            }
            return this.left.search(value);
        } else { // 如果查找的节点大于或等于当前节点，向右子树递归查找
            if (this.right == null) {
                return null;
            }
            return this.right.search(value);
        }
    }

    /**
     * 查找要删除节点的父节点
     *
     * @param value 要找到的节点的值
     * @return 返回的是要删除节点的父节点，如果没有就返回 null
     */
    public Node searchParent(int value) {
        if ((this.left != null && this.left.value == value) || (this.right != null && this.right.value == value)) {
            return this;
        } else {
            // 如果查找的这个值小于当前节点的值，并且当前节点的左子节点不为空
            if (value < this.value && this.left != null) {
                return this.left.searchParent(value); // 向左子树递归查找
            } else if (value >= this.value && this.right != null) { // 如果查找的这个值大于等于当前节点的值，并且当前节点的右子节点不为空
                return this.right.searchParent(value); // 向右子树递归查找
            } else {
                return null;
            }
        }
    }

    /**
     * 添加节点的方法
     * 通过递归的方式添加节点，注意需要满足二叉排序树的要求
     *
     * @param node 需要添加的节点
     */
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        // 判断出入节点的值和当前子树的根节点的关系
        if (node.value < this.value) {
            // 如果当前节点的左子节点为 null
            if (this.left == null) {
                this.left = node;
            } else {
                // 递归向左子树添加
                this.left.add(node);
            }
        } else {
            // 如果当前节点的右子节点为 null
            if (this.right == null) {
                this.right = node;
            } else {
                // 递归向右子树添加
                this.right.add(node);
            }
        }
        // 当添加完一个节点后，如果 右子树的高度 - 左子树的高度 > 1，左旋转
        if (rightHeight() - leftHeight() > 1) {
            leftRotate(); // 左旋转
        }
    }

    /**
     * 中序遍历
     */
    public void infixOrder() {
        if (this.left != null) {
            this.left.infixOrder();
        }
        System.out.println(this);
        if (this.right != null) {
            this.right.infixOrder();
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Node{" +
                "value=" + value +
                '}';
    }
}

应用案例 - 右旋转

给你一个数列{10,12,8,9,7,6}，构建成一棵平衡二叉树。

问题：

当插入 6 时，leftHight() - rightHeight() > 1 成立，此时，不再是一棵 AVL 树了。

思路 - 左旋转：

  1. 创建一个新的节点 newNode（以 10 这个值创建），值等于当前根节点的值；
  2. 把新节点的右子树设置为当前节点的右子树；
  3. 把新节点的左子树设置为当前节点左子树的右子树；
  4. 把当前节点的值换为左子节点的值；
  5. 把当前节点的左子树设置为左子树的左子树；
  6. 把当前节点的右子树设置为新节点。

在这里插入图片描述

代码实现：

/**
 * 右旋转
 */
private void rightRotate() {
    // 1. 创建一个新的节点 newNode（以 10 这个值创建），值等于当前根节点的值；
    Node newNode = new Node(value);
    // 2. 把新节点的右子树设置为当前节点的右子树；
    newNode.right = right;
    // 3. 把新节点的左子树设置为当前节点左子树的右子树；
    newNode.left = left.right;
    // 4. 把当前节点的值换为左子节点的值；
    value = left.value;
    // 5. 把当前节点的左子树设置为左子树的左子树；
    left = left.left;
    // 6. 把当前节点的右子树设置为新节点。
    right = newNode;
}

应用案例 - 双旋转

给你一个数列{10,11,7,6,8,9}，构建成一棵平衡二叉树。

问题：

当插入 9 时，leftHight() - rightHeight() > 1 成立，此时，不再是一棵 AVL 树了。但是，当进行了右旋转后发现，它依旧不是一棵 AVL 树。

在这里插入图片描述

思路：

  1. 当符合右旋转条件时
  2. 如果它的左子树的右子树高度大于它的左子树的左子树的高度
  3. 先对当前这个节点的左节点进行左旋转
  4. 再对当前节点进行右旋转的操作即可

在这里插入图片描述

代码实现：

/**
 * 添加节点的方法
 * 通过递归的方式添加节点，注意需要满足二叉排序树的要求
 *
 * @param node 需要添加的节点
 */
public void add(Node node) {
    if (node == null) {
        return;
    }
    // 判断出入节点的值和当前子树的根节点的关系
    if (node.value < this.value) {
        // 如果当前节点的左子节点为 null
        if (this.left == null) {
            this.left = node;
        } else {
            // 递归向左子树添加
            this.left.add(node);
        }
    } else {
        // 如果当前节点的右子节点为 null
        if (this.right == null) {
            this.right = node;
        } else {
            // 递归向右子树添加
            this.right.add(node);
        }
    }
    // 当添加完一个节点后，如果 右子树的高度 - 左子树的高度 > 1，左旋转
    if (rightHeight() - leftHeight() > 1) {
        // 如果它的右子树的左子树高度大于它的右子树的右子树的高度
        if (right != null && right.leftHeight() > right.rightHeight()) {
            // 先对当前这个节点的右节点进行右旋转
            right.rightRotate();
            // 再对当前节点进行左旋转的操作即可
            leftRotate();
        } else {
            // 直接进行左旋转
            leftRotate();
        }
        return;
    }
    // 当添加完一个节点后，如果 左子树的高度 - 右子树的高度 > 1，右旋转
    if (leftHeight() - rightHeight() > 1) {
        // 如果它的左子树的右子树高度大于它的左子树的左子树的高度
        if (left != null && left.rightHeight() > left.leftHeight()) {
            // 先对当前这个节点的左节点进行左旋转
            left.leftRotate();
            // 再对当前节点进行右旋转的操作即可
            rightRotate();
        } else {
            // 直接进行右旋转
            rightRotate();
        }
    }
}

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Author : Spinach | GHB Link : http://blog.csdn.net/bocai8058文章目录 前言准备配置说明安装Firefox浏览器安装MIT Kerberos Ticket Manager客户端配置krb5.ini文件配置MIT Kerberos Ticket Manager客户端配置Firefox浏览器代理参数 访问WebUI 前言 kerberos是一种计算机…
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vite项目中使用@代表根路径

vite项目中使用@代表根路径

1.配置vite.config.ts import { defineConfig } from vite import vue from vitejs/plugin-vue import path from pathexport default defineConfig({plugins: [vue()],resolve: {alias:{: path.resolve(__dirname, src) }} })2.报错path和__dirname 找不到模块“path”或其相…
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实力认证！TDengine 入选 Gartner 中国数据分析与人工智能技术成熟度曲线

实力认证！TDengine 入选 Gartner 中国数据分析与人工智能技术成熟度曲线

近日&#xff0c;国际权威研究机构 Gartner 发布了《2023 年中国数据分析及人工智能技术成熟度曲线》&#xff08;即《Hype Cycle for Data, Analytics and AI in China, 2023》&#xff09;报告&#xff0c;TDengine 成功入选实时数据管理领域代表产品。 作为评估全球新技术成…
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MySQL— 基础语法大全及操作演示！！

MySQL— 基础语法大全及操作演示！！

MySQL—— 基础 一、MySQL概述1.1 、数据库相关概念1.2 、MySQL 客户端连接1.3 、数据模型 二、SQL2.1、SQL通用语法2.2、SQL分类2.3、DDL2.4、DML2.5、DQL2.6、DCL 三、函数四、约束五、多表查询六、事务 一、MySQL概述 1.1 、数据库相关概念 数据库、数据库管理系统、SQL&a…
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STM32自带的DSP库的滤波初体验（一）

STM32自带的DSP库的滤波初体验（一）

最近在弄STM32自带的DSP库里的滤波&#xff0c;记录一下&#xff1a; arm_fir_instance_q15 instance_q15_S; #define NUM_TAPS 16 //滤波系数的个数 #define BLOCK_SIZE 32 q15_t firStateF32[BLOCK_SIZE NUM_TAPS]; q15_t Fir_Coeff[NUM_TAPS] {-79, -136, 312, 6…
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Docker mysql+nacos单机部署

Docker mysql+nacos单机部署

docker 网络创建 由于nacos需要访问mysql的数据&#xff0c;因此mysql容器和nacos容器之间需要进行通信。容器间通信有很多方式&#xff0c;在这里采用同一网络下的方式进行实现。因此需要创建网络。创建网络的命令如下&#xff1a; docker network create --driver bridge n…
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【el-image图片查看时 样式穿透表格问题】

【el-image图片查看时 样式穿透表格问题】

element-ui el-image图片查看 样式混乱 解决方式 ::v-deep(.el-table__cell) {position: static !important; // 解决el-image 和 el-table冲突层级冲突问题 }加个样式即可
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Qt5.14.2+QtCreator+PDB 查看源码

Qt5.14.2+QtCreator+PDB 查看源码

1. 在Creator添加源码 2. 安装PDB文件 Qt下载时没有整合最新的PDB文件下载&#xff0c;如果没有安装PDB文件&#xff0c;即使安装了src也无法调试。 双击MaintenanceTool.exe->设置->资料档案库->临时资料档案库->添加按钮&#xff0c;添加如下下载源&#xff1a…
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MongoDB：Unrecognized option: storage

MongoDB：Unrecognized option: storage

MongoDB一直显示 Unrecognized option: storage try ‘mongod --help’ for more information 意思是我们配置的config文件出了问题。 说明&#xff1a;MongoDB采用的是YAML格式&#xff0c;所以我们只需要稍微改改就好。 在storage前面&#xff1a;没有空格 下面两行最前面…
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机加工行业如何做好生产管理？

机加工行业如何做好生产管理？

导 读 ( 文/ 2715 ) 机加工行业是制造业中的一个重要领域&#xff0c;它涉及将原材料通过机械设备进行切削、加工和加工成形的过程。 机械加工通常从原料开始&#xff0c;通过不断的切削或去除材料的过程&#xff0c;逐步将工件加工成所需的形状和尺寸。这个过程中&#xff0…
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PHP实现保质期计算器

PHP实现保质期计算器

1.php实现保质期计算&#xff0c; 保质期日期可选&#xff0c;天 、月、年 2. laravel示例 /*** 保质期计算器* return void*/public function expirationDateCal(){$produce_date $this->request(produce_date); // 生产日期$warranty_date $this->reques…
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TCP三次握手、四次握手过程，以及原因分析

TCP三次握手、四次握手过程，以及原因分析

TCP的三次握手和四次挥手实质就是TCP通信的连接和断开。 三次握手&#xff1a;为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商&#xff0c;确保数据段的发送和接收同步&#xff0c;根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系&#xff0c;并建立虚连接。 四次挥手&…
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机械厂工厂360全景展示拍摄制作，以便随时随地进行展示和更新

机械厂工厂360全景展示拍摄制作，以便随时随地进行展示和更新

随着5G互联网技术的不断发展&#xff0c;线上全景虚拟展示已经成为了一种重要的展示方式。在工业领域中&#xff0c;厂区线上全景虚拟展示的应用也越来越广泛。 厂区线上vr全景虚拟展示是VR全景制作公司公司借助VR全景和web3d开发技术把企业的环境、研发、生产、产品、质检、仓…
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解决Vue+Element UI使用el-dropdown(下拉菜单)国际化时菜单label信息没有刷新的情况

解决Vue+Element UI使用el-dropdown(下拉菜单)国际化时菜单label信息没有刷新的情况

说明&#xff1a;该篇博客是博主一字一码编写的&#xff0c;实属不易&#xff0c;请尊重原创&#xff0c;谢谢大家&#xff01; 问题描述 在默认中文时&#xff0c;点击布局大小下拉菜单正常显示中文&#xff0c;此时切换至英文时&#xff0c;再次点击下拉菜单&#xff0c;还…
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Llama 2：开放基础和微调聊天模型

Llama 2：开放基础和微调聊天模型

介绍 大型语言模型(llm)作为高能力的人工智能助手，在复杂的推理任务中表现出色，这些任务需要广泛领域的专家知识，包括编程和创意写作等专业领域。它们可以通过直观的聊天界面与人类进行交互，这在公众中得到了迅速而广泛的采用。 法学硕士的能力是显著的考虑到训练的表面上…
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