数据结构篇八:Balanced Binary Search Trees(BBST)

这是一位 google 工程师分享的8小时的数据结构的视频,我的笔记


Balanced Binary Search Trees (BBST)

  • 满足low (logarithmic) height for fast insertions and deletions
  • clever usage of a tree invairant and tree rotation

AVL Tree

一种BBST,满足O(log n)的插入删除和查找复杂度,也是第一种BBST,后续出现的更多的:2-3 tree, AA tree, scapegoat tree, red-black tree(avl的最主要竞争对手)

能保持平衡的因子:Balance Factor (BF)

  • BF(node) = H(node.right) - H(node.left)
  • H(x) = height of node = # of edges between (x, furthest leaf)
  • 平衡就是左右平均分配,所以要么均分,要么某一边多一个,BF其实就是(-1, 0, 1)里的一个了 <- avl tree invariant

一个node需要存:

  • 本身的(comparable) value
  • balance factor
  • the height of this node
  • left/right pointer

使树保持左右平衡主要是靠rotation,极简情况下(三个node),我们有两种基本情况(left-left, right-right),有其它情况就旋转一次变成这两种情况之一:


2021-12-02-13-41-34.png

Insertion

一次插入需要考虑的是,插在哪边,以及插入后对bf, height和balance的破坏


2021-12-02-15-00-15.png

其中修复平衡就是上图中几个基本结构的转换

Removal

avl树就是一棵BST,删除节点分两步:

  1. 按照bst的方法查找节点,即小的在左边找,大的在右边找
  2. 也按bst的原则删除元素,即找到元素后,把左边的最大值或右边的最小值拿过来补上删除的位置
  3. 这一步是多出来的,显然是要更新一下节点的bf和height,及重新balance一次了。

前两部分参考BST一章,流程伪代码:

function remove(node, value): ...
    # Code for BST item removal here
    ...
    # Update balance factor
    update(node)
    # Rebalance tree
    return balance(node)
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