平衡二叉树(java)

简介: 平衡二叉树(java)

一、基本概念

平衡二叉树也叫平衡二叉搜索树 (Self-balancingbinarysearch tree) 又被称为AVL树,可以保证查询效率较高。

具有以下特点:它是一 棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1.并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树。

二、原理图

左旋转示意


有旋转示意

需要双旋转(根节点左子树进行左旋转后,根节点进行右旋转,反之亦然)

三、代码

/**
 * 创建节点
 */
public class Node {
    int value;
 
    Node left;
 
    Node right;
 
    public Node(int value) {
        this.value = value;
    }
 
    /**
     * 左旋转
     */
    private void leftRotate() {
        //    创建新的节点,以当前根节点的值
        Node newNode = new Node(value);
        //    把新的节点的左子树,设置成为当前节点的左子树
        newNode.left = left;
        //    把新的节点的右子树设置成,复制节点的右子树的左子树
        newNode.right = right.left;
        //    把当前节点的值替换成右子节点的值
        value = right.value;
        //    把当前节点的右子树,设置为右子树的右子树
        right = right.right;
        //    吧当前节点的左子树设置新的节点
        left = newNode;
    }
 
    /**
     * 有旋转
     */
    private void rightRotate() {
        Node newNode = new Node(value);
        newNode.right = right;
        newNode.left = left.right;
        value = left.value;
        left = left.left;
        right = newNode;
    }
 
    /**
     * 返回左子树的高度
     *
     * @return
     */
    public int leftHeight() {
        if (left != null) {
            return left.height();
        } else {
            return 0;
        }
    }
 
    /**
     * 返回右子树的高度
     *
     * @return
     */
    public int rightHeight() {
        if (right == null) {
            return 0;
        }
        return right.height();
    }
 
    /**
     * 返回当前节点的高度
     *
     * @return
     */
    public int height() {
        return Math.max(left == null ? 0 : left.height(), right == null ? 0 : right.height()) + 1;
    }
 
    /**
     * 添加节点
     *
     * @param node
     */
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        //    判断传入节点的值,和当前子树根节点的关系
        if (node.value < this.value) {
            if (this.left != null) {
                //左子树递归
                this.left.add(node);
            } else {
                this.left = node;
            }
        } else {
            if (this.right != null) {
                //右子树递归
                this.right.add(node);
            } else {
                this.right = node;
            }
        }
        //    当添加完一个节点后,右子树高度-左子树高度>1
        if (rightHeight() - leftHeight() > 1) {
            //当右子树的左子树高度大于它的右子树的高度
            if(right!=null&&right.leftHeight()>right.rightHeight()){
                right.rightRotate();
            }
            leftRotate();
            return;
        }
        //左子树高度>右子树高度
        if (leftHeight() - rightHeight() > 1) {
            //当左子树的右子树高度大于它的左子树高度
            if(left!=null&&left.rightHeight()>left.leftHeight()){
                left.leftRotate();
            }
            rightRotate();
        }
    }
 
    /**
     * 查找要删除的节点的值
     *
     * @param value 希望删除的值
     * @return 返回该节点,默认返回null
     */
    public Node search(int value) {
        if (value == this.value) {
            return this;
        } else if (value < this.value) {
            //查找的值小于当前节点的值
            if (this.left == null) {
                return null;
            }
            return this.left.search(value);
        } else {
            //查找的值大于当前节点的值
            if (this.right == null) {
                return null;
            }
            return this.right.search(value);
        }
    }
 
    /**
     * 查找要删除的父节点
     *
     * @param value
     * @return
     */
    public Node searchParent(int value) {
        //    如果当前节点就是要删除的节点的父节点,直接返回
        if ((this.right != null && this.right.value == value) ||
                (this.left != null && this.left.value == value)) {
            return this;
        } else {
            // 向左子树递归
            if (value < this.value && this.left != null) {
                return this.left.searchParent(value);
            } else if (value >= this.value && this.right != null) {
                //向右子树递归
                return this.right.searchParent(value);
            } else {
                return null;
            }
        }
    }
 
    /**
     * 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 +
                '}';
    }
}
public class AVLTree {
    private Node root;
 
    public void delNode(int value) {
        if (root == null) {
            return;
        }
        //    查找要删除的节点
        Node targetNode = search(value);
        //    如果没有找到要删除的节点
        if (targetNode == null) {
            return;
        }        //二叉树只有一个节点,切删除的为此节点
        if (root.left == null && root.right == null) {
            root = null;
            return;
        }
        //查找父节点
        Node parentNode = searchParent(value);
        //    如果删除的是叶子节点
        if (targetNode.left == null && targetNode.right == null) {
            //    如果是父节点的左子节点
            if (parentNode.left != null && parentNode.left.value == value) {
                parentNode.left = null;
            } else if (parentNode.right != null && parentNode.right.value == value) {
                // 如果是父节点的右子节点
                parentNode.right = null;
            }
        } else if (targetNode.left != null && targetNode.right != null) {
            //    删除节点有左右两个子树(删除当前节点右节点的最小值,或者当前节点左节点的最大值)
            int minVal = delRightTreeMin(targetNode.right);
            targetNode.value = minVal;
 
        } else {
            //    只有一颗子树的节点
            //    如果要删除的节点有左子节点
            if (targetNode.left != null) {
                //    如果targetNode是parent的左子节点
                if (parentNode != null) {
                    if (parentNode.left.value == value) {
                        parentNode.left = targetNode.left;
                    } else {
                        parentNode.right = targetNode.left;
                    }
                } else {
                    root = targetNode.left;
                }
 
            } else {
                //    如果删除的节点有右子节点
                if (parentNode != null) {
                    if (parentNode.left.value == value) {
                        parentNode.left = targetNode.right;
                    } else {
                        parentNode.right = targetNode.right;
                    }
                } else {
                    root = targetNode.right;
                }
 
            }
 
        }
    }
 
    /**
     * 返回以node根节点的二叉排序树的最小节点的值
     * 删除最小节点,返回最小节点的值
     *
     * @param node
     * @return
     */
    public int delRightTreeMin(Node node) {
        Node target = node;
        //    循环找到左子节点,找到最小值
        while (target.left != null) {
            target = target.left;
        }
        //    删除最小节点
        delNode(target.value);
        return target.value;
    }
 
    /**
     * 查找要删除的节点
     *
     * @param value
     * @return
     */
    public Node search(int value) {
        if (root == null) {
            return null;
        } else {
            return root.search(value);
        }
    }
 
    /**
     * 查找父节点
     *
     * @param value
     * @return
     */
    public Node searchParent(int value) {
        if (root == null) {
            return null;
        } else {
            return root.searchParent(value);
        }
    }
 
    /**
     * 添加节点方法
     *
     * @param node 新节点
     */
    public void add(Node node) {
        if (root == null) {
            root = node;
        } else {
            root.add(node);
        }
    }
 
    /**
     * 创建二叉排序树
     */
    public void infixOrder() {
        System.out.println("中序遍历二叉排序树");
        if (root == null) {
            System.out.println("节点为空");
        } else {
            root.infixOrder();
        }
    }
 
    public Node getRoot() {
        return root;
    }
}
 

四、测试

public class AVLTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //int[] arr = {4, 3, 6, 5, 7, 8};
        //int[] arr = {10,12,8,9,7,6};
        int[] arr = {10,11,7,6,8,9};
        //创建一个AVLTree对象
        AVLTree avlTree = new AVLTree();
        //    添加节点
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            avlTree.add(new Node(arr[i]));
        }
        //    遍历
        avlTree.infixOrder();
        System.out.println("树的高度;" + avlTree.getRoot().height());
        System.out.println("左子树的高度;" + avlTree.getRoot().leftHeight());
        System.out.println("右子树的高度;" + avlTree.getRoot().rightHeight());
 
    }
}
中序遍历二叉排序树
Node{value=6}
Node{value=7}
Node{value=8}
Node{value=9}
Node{value=10}
Node{value=11}
树的高度;3
左子树的高度;2
右子树的高度;2



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