数据结构之 平衡二叉树 from https://www.cnblogs.com/zhujunxxxxx/p/3348798.html

AVL树是根据它的发明者G.M. Adelson-Velsky和E.M. Landis命名的。它是最先发明的自平衡二叉查找树,也被称为高度平衡树。相比于"二叉查找树",它的特点是:AVL树中任何节点的两个子树的高度最大差别为1。它是一种高度平衡的二叉排序树。高度平衡?意思是说,要么它是一棵空树,要么它的左子树和右子树都是平衡二叉树,且左子树和右子树的深度之差的绝对值不超过1。

    将二叉树上结点的左子树深度减去右子树深度的值称为平衡因子BF,那么平衡二叉树上的所有结点的平衡因子只可能是-1、0和1。只要二叉树上有一个结点的平衡因子的绝对值大于1,则该二叉树就是不平衡的。 

    平衡二叉树的前提是它是一棵二叉排序树。 

    距离插入结点最近的,且平衡因子的绝对值大于1的结点为根的子树,称为最小不平衡子树。如下图所示,当插入结点37时,距离它最近的平衡因子的绝对值超过1的结点是58。


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1、平衡二叉树实现原理 

    平衡二叉树构建的基本思想就是在构建二叉排序树的过程中,每当插入一个结点时,先检查是否因插入而破坏了树的平衡性,若是,则找出最小不平衡子树。在保持二叉排序树特性的前提下,调整最小不平衡子树中各结点之间的链接关系,进行相应的旋转,使之成为新的平衡子树。 下面讲解一个平衡二叉树构建过程的例子。现在又a[10] = {3, 2, 1, 4, 5, 6, 7, 10, 9, 8}需要构建二叉排序树。在没有学习平衡二叉树之前,根据二叉排序树的特性,通常会将它构建成如下左图。虽然完全符合二叉排序树的定义,但是对这样高度达到8的二叉树来说,查找是非常不利的。因此,更加期望构建出如下右图的样子,高度为4的二叉排序树,这样才可以提供高效的查找效率。

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    现在来看看如何将一个数组构成出如上右图的树结构。 对于数组a的前两位3和2,很正常地构建,到了第个数“1”时,发现此时根结点“3”的平衡因子变成了2,此时整棵树都成了最小不平衡子树,需要进行调整,如下图图1(结点左上角数字为平衡因子BF值)。因为BF为正,因此将整个树进行右旋(顺时针),此时结点2成了根结点,3成了2的右孩子,这样三个结点的BF值均为0,非常的平衡,如下图图2所示。

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    然后再增加结点4,平衡因子没有改变,如上图图3。增加结点5时,结点3的BF值为-2,说明要旋转了。由于BF是负值,对这棵最小平衡子树进行左旋(逆时针旋转),如下图图4,此时整个树又达到了平衡。

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    继续增加结点6时,发现根结点2的BF值变成了-2,如下图图6所示。所以对根结点进行了左旋,注意此时本来结点3是结点3的左孩子,由于旋转后需要满足二叉排序树特性,因此它成了结点2的右孩子,如图7所示。

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    增加结点7,同样的左旋转,使得整棵树达到平衡,如下图8和9所示。

   

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    当增加结点10时,结构无变化,如图10所示。再增加结点9,此时结点7的BF变成了-2,理论上只需要旋转最小不平衡树7、9、10即可,但是,如果左旋转后,结点9变成了10的右孩子,这是不符合二叉排序树的特性的,此时不能简单的左旋。如图11所示。

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