平衡二叉树对于初学者一直是一个比较复杂的知识点,因为其里面涉及到了大量的旋转操作。把大量的同学都给转晕了。这篇文章最主要的特点就是通过动画的形式演示。确保大家都能看懂。最后是手写一个平衡二叉树。
一、概念
平衡二叉树是外国的两个大爷发明的。一开始发明的是二叉查找树。后来觉得不给力演化成了平衡二叉树。那什么是二叉查找树呢?我们给出一张图来看看:
看到这张图我们就会发现如下的特征。从每个节点出发,左边的节点一定小于右边的。但是你会发现这可以高低不平,看起来很不美观。于是慢慢的演化成了平衡二叉树。(当然不是因为美观演化的)。也就是说平衡二叉树的前提就是一颗二叉查找树
平衡二叉树定义(AVL):
(1)它的左子树和右子树的深度之差(平衡因子)的绝对值不超过1,
(2)它的左子树和右子树都是一颗平衡二叉树。
也就是说以上两条规则,只要破坏了一个就不是平衡二叉树了。比如说下面这张图。
上面这张图就是破坏了二叉查找树这一条规则。当然了还有一条规则。也就是他的高度只差不能超过1
现在相信我们已经明白了什么是平衡二叉树。下面我们就来看看平衡二叉树的增删改查操作是怎么样的。
二、平衡二叉树的插入操作
我们先从最简单的入手,一步一步来。
1、右旋
首先我们插入几个数字,50,45,44。通过动画我们来演示一遍
(1)插入50根节点不会出现任何操作
(2)插入45,往左边插入即可
(3)插入44,破坏了平衡,于是右旋。
2、左旋
我们插入几个数字,50,60,70。通过动画我们来演示一遍
(1)插入50根节点不会出现旋转
(2)插入60,往右边插入即可
(3)插入70,破坏了平衡,于是左旋。
3、先右旋再左旋
我们依次插入50,60,55.通过动画我们演示一遍
(1)插入55,根节点,不会出现旋转
(2)插入60,往右边插入
(3)插入55,破坏了平衡,于是先把55和60右旋,然后整体左旋。
4、先左旋后右旋
我们依次插入50,40,45.通过动画我们演示一遍。
(1)插入55,根节点,不会出现旋转
(2)插入40,往左边插入
(3)插入45,破坏了平衡,于是先把45和40左旋,然后整体右旋。
现在我们基本上已经把插入的几种情况罗列出来了。现在我们画一张图,来一个总结。
上图对于每一种情况,从上往下看就好了。对于平衡二叉树的删除操作,其实也是同样的道理,找到相应的元素之后,对其进行删除,删除之后如果破坏了平衡,只需要按照上面的这几种情况进行调整即可。下面我们来分析一下平衡二叉树的查找操作。
三、平衡二叉树的查找
平衡二叉树的查找很简单,只需要按照二叉查找树的顺序执行就好。我们使用一张动画演示一下:
现在平衡二叉树的操作相信你已经能够理解。下面我们就来关注最后一个问题,那就是如何手写一颗平衡二叉树呢?
四、手写一颗平衡二叉树
平衡二叉树的代码操作,难点在于旋转。只要把旋转弄清楚基本上整个树就能完成了,根据上面旋转的特点我们从零开始定义一颗。
第一步:定义节点
第二步:插入数据
第三步:左旋和右旋的调整
1、右旋
2、左旋
第四步:计算平衡和深度
1、计算平衡
2、计算深度
看起来代码有些多,其实梳理一下就不多了。
(1)首先定义一个节点,里面有get和set方法,构造函数等等做准备工作
(2)直接写业务流程,比如说这里的insert操作,里面涉及到的旋转操作先用方法代替
(3)对主业务流程的操作,缺哪一个方法,写哪一个方法即可