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编辑人: 流年絮语

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2-3 个月强化训练阶段:专题突破——平衡二叉树的深入探究

在 CSP-S 备考的 2 - 3 个月强化训练阶段,平衡二叉树是一个重要的专题,其中 AVL 树和红黑树更是关键中的关键。

先来说说 AVL 树。AVL 树是一种高度平衡的二叉搜索树,其平衡因子是衡量其平衡性的重要指标。平衡因子等于左子树的高度减去右子树的高度。对于每个节点,其平衡因子的值只能是 -1、0 或 1。

当插入或删除节点导致某个节点的平衡因子绝对值大于 1 时,就需要通过旋转操作来恢复平衡。AVL 树的旋转操作有四种,分别是 LL 旋转、RR 旋转、LR 旋转和 RL 旋转。

LL 旋转发生在新节点插入在失衡节点的左子树的左子树上时。RR 旋转则是新节点插入在失衡节点的右子树的右子树上时的操作。LR 旋转需要先对失衡节点的左子树进行左旋,然后再对失衡节点进行右旋。RL 旋转则是先对失衡节点的右子树进行右旋,然后再对失衡节点进行左旋。

学习 AVL 树的平衡因子计算和旋转操作,需要通过大量的实例进行练习。可以自己手动构建二叉树,在插入或删除节点后,逐步计算每个节点的平衡因子,判断是否失衡,并进行相应的旋转操作。同时,要理解每种旋转操作的适用场景和原理,这样才能在遇到具体问题时迅速做出正确的判断和处理。

接下来谈谈红黑树。红黑树具有五条性质:1)每个节点要么是红色,要么是黑色。2)根节点是黑色。3)每个叶子节点(NIL 节点,空节点)是黑色的。4)如果一个节点是红色的,则它的两个子节点都是黑色的。5)对于每个节点,从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上,均包含相同数目的黑色节点。

在插入和删除节点时,红黑树需要根据其性质进行相应的调整策略。插入节点时,可能会破坏红黑树的性质,需要通过变色和旋转来恢复。删除节点的操作更加复杂,可能需要多次调整才能保证红黑树的性质不被破坏。

对于红黑树的学习,要重点理解其五条性质,并通过画图来直观地感受插入和删除操作后的调整过程。多做一些相关的练习题,加深对调整策略的理解和掌握。

在实际应用场景中,AVL 树适用于查找操作频繁,而对插入和删除操作相对较少的情况。因为 AVL 树的平衡性更好,查找效率更高。而红黑树则在插入和删除操作较为频繁的场景中表现更优,因为其在保持一定平衡性的前提下,调整操作的代价相对较小。

总之,在备考过程中,要深入理解 AVL 树和红黑树的原理和操作,通过大量的练习掌握其应用,为 CSP-S 考试做好充分的准备。

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原创

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