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TUhjnbcbe - 2020/12/16 16:20:00

我们知道AVL树为了保持严格的平衡,所以在数据插入上会呈现过多的旋转,影响了插入和删除的性能,此时AVL的一个变种伸展树(Splay)就应运而生了,我们知道万事万物都遵循一个“八二原则“,也就是说80%的人只会用到20%的数据,比如说我们的“QQ输入法”,平常打的字也就那么多,或许还没有20%呢。

一:伸展树1:思想

伸展树的原理就是这样的一个”八二原则”,比如我要查询树中的“节点7”,如果我们是AVL的思路,每次都查询“节点7”,那么当这棵树中的节点越来越多的情况下就会呈现下旋,所以复杂度只会递增,伸展树的想法就是在第一次查询时树里面会经过一阵痉挛把“节点7”顶成“根节点”,操作类似AVL的双旋转,比如下图:

当我们再次查询同样的”数字7“时,直接在根节点处O(1)取出,当然这算是一个最理想的情况,有时痉挛过度,会出现糟糕的”链表“,也就退化了到O(N),所以伸展树讲究的是”摊还时间“,意思就是说在”连续的一系列操作中的平均时间“,当然可以保证是log(N)。

2:伸展方式

不知道大家可否记得,在AVL中的旋转要分4个情况,同样伸展树中的伸展需要考虑6种情况,当然不考虑镜像的话也就是3种情况,从树的伸展方向上来说有“自下而上”和“自上而下"的两种方式,考虑到代码实现简洁,我还是说下后者。

1)自上而下的伸展

这种伸展方式会把树切成三份,L树,M树,R树,考虑的情况有:单旋转,“一字型”旋转,“之字形”旋转。

单旋转

从图中我们可以看到,要将“节点2”插入到根上,需要将接近于“节点2”的数插入到根上,也就是这里的“节点7”,首先树被分成了3份,初始情况,L和R树是“空节点”,M是整棵树,现在需要我们一步一步拆分,当我们将“节点2”试插入到“节点7”的左孩子时,发现“节点7”就是父节点,满足“单旋转”情况,然后我们将整棵树放到“R树”中的left节点上,M此时是一个逻辑上的空节点,然后我们将R树追加到M树中。L树追加到M的左子树中,最后我们将“节点2”插入到根节点上。说这么多有点拗口,伸展树比较难懂,需要大家仔细品味一下。

一字型

一字型旋转方式与我们AVL中的“单旋转”类似,首先同样我们切成了三份,当我们"预插入20时”,发现20的“父节点”是根的右孩子,而我们要插入的数字又在父节点的右边,此时满足”一字型“旋转,我们将7,10两个节点按照”右右情况”旋转,旋转后“节点10"的左孩子放入到L树的right节点,"节点10”作为中间树M,最后将20插入根节点。

之字形

之字形有点类似AVL中的“双旋转”,不过人家采取的策略是不一样的,当我们试插入“节点9”,同样发现“父节点”是根的右儿子,并且“节点9”要插入到父节点的内侧,根据规则,需要将“父节点10”作为M树中的根节点,“节点7”作为L树中的right节点,然后M拼接L和R,最后将节点9插入到根上。

3:基本操作1)节点定义

我们还是采用普通二叉树中的节点定义,也就没有了AVL那么烦人的高度信息。

publicclassBinaryNodeT{//ConstructorspublicBinaryNode(TtheElement):this(theElement,null,null){}publicBinaryNode(TtheElement,BinaryNodeTlt,BinaryNodeTrt){element=theElement;left=lt;right=rt;}publicTelement;publicBinaryNodeTleft;publicBinaryNodeTright;}2)伸展

这里为了编写代码方便,我采用的是逻辑nullNode节点,具体伸展逻辑大家可以看上面的图。

#region伸展///summary///伸展////summary///paramname="Key"/param///paramname="tree"/param///returns/returnspublicBinaryNodeTSplay(TKey,BinaryNodeTtree){BinaryNodeTleftTreeMax,rightTreeMin;header.left=header.right=nullNode;leftTreeMax=rightTreeMin=header;nullNode.element=Key;while(true){int

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