MIT Introduction to Algorithms 学习笔记(七)

Lecture 6: Balanced Binary Search Trees

AVL

   定义: AVL树是自平衡二叉查找树, 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.

MIT Introduction to Algorithms 学习笔记(七)_第1张图片

平衡(Balance):平衡最坏的情况是每个节点高度差1.

MIT Introduction to Algorithms 学习笔记(七)_第2张图片 

AVL 插入:

   1. insert as in simple BST

2. work your way up tree, restoring AVL property (and updating heights as you go).

步骤:

  • suppose x is lowest node violating AVL .

  • assume x is right-heavy (left case symmetric)

  • if x's right child is right-heavy or balanced: follow steps in Fig. 5

 MIT Introduction to Algorithms 学习笔记(七)_第3张图片

 

  • else: follow steps in Fig. 6

MIT Introduction to Algorithms 学习笔记(七)_第4张图片

  • then continue up to x's grandparent, greatgrandparent . . .

 

Example:

 MIT Introduction to Algorithms 学习笔记(七)_第5张图片

AVL 排序:

 

代码

'''
Created on 20151223
@author: Administrator
'''
class BST(object):
    '''
    classdocs
    '''

    def __init__(self):
        '''
        Constructor
        '''
        self.root = None
        
    def insert(self,t):
        newNode = BSTnode(t)
        if(self.root is None):
            self.root = newNode
        else:
            node = self.root
            while(True):
                if(t < node.key):
                    if(node.left is None):
                        node.left = newNode
                        newNode.parent = node
                        break
                    node = node.left
                else:
                    if(node.right is None):
                        node.right = newNode
                        newNode.parent = node
                        break
                    node = node.right
        return newNode
    
    def find(self,t):
        node = self.root
        while (node is not None):
            if(t == node.key):
                return node
            elif(t < node.key):
                node = node.left
            else:
                node = node.right
        
        return None
    
    def find_min(self):
        node = self.root
        while(node is not None):
            if(node.left is None):
                return node
            else:
                node = node.left
            
        return None
    
    def delete_min(self):
        """Delete the minimum key (and return the old node containing it)."""
        if self.root is None:
            return None, None
        else:
            # Walk to leftmost node.
            node = self.root
            while node.left is not None:
                node = node.left
            # Remove that node and promote its right subtree.
            if node.parent is not None:
                node.parent.left = node.right
            else: # The root was smallest.
                self.root = node.right
            if node.right is not None:
                node.right.parent = node.parent
            parent = node.parent
            node.disconnect()
            return node, parent
        
    def __str__(self):
        if self.root is None: return '<empty tree>'
        def recurse(node):
            if node is None: return [], 0, 0
            label = str(node.key)
            left_lines, left_pos, left_width = recurse(node.left)
            right_lines, right_pos, right_width = recurse(node.right)
            middle = max(right_pos + left_width - left_pos + 1, len(label), 2)
            pos = left_pos + middle // 2
            width = left_pos + middle + right_width - right_pos
            while len(left_lines) < len(right_lines):
                left_lines.append(' ' * left_width)
            while len(right_lines) < len(left_lines):
                right_lines.append(' ' * right_width)
            if (middle - len(label)) % 2 == 1 and node.parent is not None and \
               node is node.parent.left and len(label) < middle:
                label += '.'
            label = label.center(middle, '.')
            if label[0] == '.': label = ' ' + label[1:]
            if label[-1] == '.': label = label[:-1] + ' '
            lines = [' ' * left_pos + label + ' ' * (right_width - right_pos),
                     ' ' * left_pos + '/' + ' ' * (middle-2) +
                     '\\' + ' ' * (right_width - right_pos)] + \
              [left_line + ' ' * (width - left_width - right_width) +
               right_line
               for left_line, right_line in zip(left_lines, right_lines)]
            return lines, pos, width
        return '\n'.join(recurse(self.root) [0])  
  
class BSTnode(object):
    """
    Representation of a node in a binary search tree.
    Has a left child, right child, and key value.
    """
    def __init__(self,t):
        self.key = t
        self.disconnect()
    
    def disconnect(self):
        self.left = None
        self.right = None
        self.parent = None  
    
def height(node):
    if node is None:
        return -1
    else:
        return node.height
def update_height(node):
    node.height = max(height(node.left), height(node.right)) + 1
    
class AVL(BST):
    """
AVL binary search tree implementation.
Supports insert, find, and delete-min operations in O(lg n) time.
"""
    def left_rotate(self, x):
        print("left_rotate")
        y = x.right
        y.parent = x.parent
        if y.parent is None:
            self.root = y
        else:
            if y.parent.left is x:
                y.parent.left = y
            elif y.parent.right is x:
                y.parent.right = y
        x.right = y.left
        if x.right is not None:
            x.right.parent = x
        y.left = x
        x.parent = y
        update_height(x)
        update_height(y)
    def right_rotate(self, x):
        print("right_rotate")
        y = x.left
        y.parent = x.parent
        if y.parent is None:
            self.root = y
        else:
            if y.parent.left is x:
                y.parent.left = y
            elif y.parent.right is x:
                y.parent.right = y
        x.left = y.right
        if x.left is not None:
            x.left.parent = x
        y.right = x
        x.parent = y
        update_height(x)
        update_height(y)
    def insert(self, t):
        """Insert key t into this tree, modifying it in-place."""
        node = BST.insert(self, t)
        self.rebalance(node)
    def rebalance(self, node):
        print("rebalance")
        while  node is not None:
            #print("node = " +str(node.key) +" height = ",node.height)
            update_height(node)
            if height(node.left) >= 2 + height(node.right):
                if height(node.left.left) >= height(node.left.right):
                    self.right_rotate(node)
                else:
                    self.left_rotate(node.left)
                    self.right_rotate(node)
            elif height(node.right) >= 2 + height(node.left):
                if height(node.right.right) >= height(node.right.left):
                    self.left_rotate(node)
                else:
                    self.right_rotate(node.right)
                    self.left_rotate(node)
            node = node.parent
    def delete_min(self):
        node, parent = BST.delete_min(self)
        self.rebalance(parent)
        #raise NotImplemented('AVL.delete_min')

test1 = range(0, 100, 10)
test2 = [31, 41, 59, 26, 53, 58, 97, 93, 73]
test3 = "algorithms"
#import random
def test(args=None, BSTtype=AVL):
    items = test2
    tree = BSTtype()
    print (tree)
    for item in items:
        tree.insert(item)
        print("------------------------------------------")
        print (tree)
        
    tree.delete_min()
    print("------------------------------------------")
    print(tree)
if __name__ == '__main__': test()

你可能感兴趣的:(python,算法导论,avl)