平衡二叉树详解（附带完整代码）

文章目录

• 平衡二叉树：
• 旋转：
• • 最简单的四种旋转情况
  • • LL旋转
    • RR旋转
    • LR旋转
    • RL旋转
  • 较复杂的四种旋转情况
  • • LL旋转
    • RR旋转
    • LR旋转
    • RL旋转
• 完整代码

平衡二叉树：

高度的概念：距离根节点有多少层

左右子树的高度差不超过1的有序二叉树。

平衡的概念：结点的平衡因子 = 结点的左子树深度 — 结点的右子树深度。

若平衡因子的取值为-1、0或1时，该节点是平衡的，否则是不平衡的。

旋转：

由于平衡因子不平衡，所以引入了旋转的概念，来使得二叉树平衡

最简单的四种旋转情况

LL旋转

由于10的左孩子的高度为2，右孩子高度为0，平衡因子为2，二叉树不平衡，需要进行旋转操作，如何旋转？

将10节点进行左旋操作，类似于将10节点顺时针旋转。

RR旋转

由于10的右孩子的高度为2，左孩子高度为0，平衡因子为 -2，二叉树不平衡，需要进行旋转操作

将10节点进行右旋操作，类似于将10节点逆时针旋转。

LR旋转

先将9节点进行左旋操作，让8节点成为9的左孩子；再进行一次右旋操作，9成为根节点

RL旋转

先将9节点进行右旋操作，10节点成为9的右孩子；再进行一次左旋操作，9成为根节点

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较复杂的四种旋转情况

LL旋转

当添加的新节点成为最小不平衡树的左孩子的左子树时产生：

规划可知8节点应为根节点；

旋转过程：

1. 根节点12右旋转（顺时针）成为8节点的右孩子。
2. 8节点的右孩子成为12的左孩子。
3. 8节点成为新的根节点。
   

RR旋转

当添加的新节点成为最小不平衡树的右孩子的右子树时产生：

规划可知8应为新的根节点：

旋转过程：

1. 根节点6左旋转（逆时针），成为8的左孩子。
2. 8的左孩子成为6节点的右孩子。
3. 8成为新的根节点。
   

LR旋转

当添加的新节点成为最小不平衡树的左孩子的右子树时产生：

规划可知，7应该成为新的根节点

旋转过程：

1. 7节点左旋成为10的相邻左孩子。
2. 6节点成为7节点的左孩子。
3. 根节点右旋成为7节点的相邻右孩子。
4. 7节点的右孩子成为10节点的左孩子。
5. 7节点成为新的根节点
   

RL旋转

当添加的新元素成为最小不平衡树的右孩子的左子树时产生：

7应该成为根节点

旋转过程：

1. 7节点右旋成为根节点的相邻右孩子。
2. 8节点成为7节点的右孩子。
3. 根节点左旋成为7的相邻左孩子。
4. 7节点的左孩子成为4节点的右孩子。
5. 7成为新的根节点。
   

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完整代码

#pragma once

#include <iostream>
using namespace std;

template <class T>
struct TreeNode
{
	T data;
	TreeNode* pLeft;		//左孩子
	TreeNode* pRight;		//右孩子
	int height;				//高度
	TreeNode(const T& data)
	{
		this->data = data;
		pLeft = pRight = nullptr;
		height = 0;
	}
};

template <class T>
class ACL_Tree
{
public:
	ACL_Tree() { pRoot = nullptr; }
	~ACL_Tree() {}
	//插入节点
	void Insert_Node(const T& newdata)
	{
		_insert(pRoot, newdata);
	}
	//获取某个节点的高度
	int _getHeight(TreeNode<T>* root);

	//情况一 右旋
	TreeNode<T>* RR(TreeNode<T>* root);
	//情况二 左旋
	TreeNode<T>* LL(TreeNode<T>* root);
	//情况三 左右旋
	TreeNode<T>* LR(TreeNode<T>* root);
	//情况四 右左旋
	TreeNode<T>* RL(TreeNode<T>* root);
private:
	void _insert(TreeNode<T>*& pRoot, const T& data);
private:
	TreeNode<T>* pRoot;
};


template <class T>
void ACL_Tree<T>::_insert(TreeNode<T>*& pRoot, const T& data)
{
	if (pRoot == nullptr)
	{
		//如果当前节点为空，则直接插入
		pRoot = new TreeNode<T>(data);
	}
	else if (data < pRoot->data)
	{
		//左插
		_insert(pRoot->pLeft, data);
		//判断是否需要旋转
		if (_getHeight(pRoot->pLeft) - _getHeight(pRoot->pRight) > 1)
		{
			if (data < pRoot->pLeft->data)
			{
				//RR  左旋
				pRoot = RR(pRoot);
			}
			else
			{
				//LR  左右旋
				pRoot = LR(pRoot);
			}
		}
	}
	else
	{
		//右插
		_insert(pRoot->pRight, data);
		if (_getHeight(pRoot->pRight) - _getHeight(pRoot->pLeft) > 1)
		{
			if (data >= pRoot->pRight->data)
			{
				//LL 右旋
				pRoot = LL(pRoot);
			}
			else
			{
				//RL  右左旋
				pRoot = RL(pRoot);
			}
		}
	}
	//3 设置高度
	int leftHeight = _getHeight(pRoot->pLeft);
	int rightHeight = _getHeight(pRoot->pRight);

	pRoot->height = 1 + (
		(leftHeight > rightHeight) ? leftHeight : rightHeight
		);
}

template<class T>
//获取某个节点的高度
inline int ACL_Tree<T>::_getHeight(TreeNode<T>* root)
{
	if (root)
	{
		return root->height;
	}
	return 0;
}
//右旋
template<class T>
inline TreeNode<T>* ACL_Tree<T>::RR(TreeNode<T>* pRoot)
{
	//1. pTemp临时存储pRoot的pLeft
	TreeNode<T>* pTemp = pRoot->pLeft;
	//2. pTemp的右孩子成为pRoot的左孩子
	pRoot->pLeft = pTemp->pRight;
	//3. pRoot成为pTemp的右孩子
	pTemp->pRight = pRoot;
	//4. 高度设置
	pRoot->height = 1 + ((_getHeight(pRoot->pLeft) > _getHeight(pRoot->pRight)) ?
		_getHeight(pRoot->pLeft) : _getHeight(pRoot->pRight));
	pTemp->height=1+ ((_getHeight(pTemp->pLeft) > _getHeight(pTemp->pRight)) ?
		_getHeight(pTemp->pLeft) : _getHeight(pTemp->pRight));

	return pTemp;
}
//左旋
template<class T>
inline TreeNode<T>* ACL_Tree<T>::LL(TreeNode<T>* pRoot)
{
	//1. pTemp临时存储pRoot的pRight
	TreeNode<T>* pTemp = pRoot->pRight;
	//2. pTemp的左孩子成为pRoot的右孩子
	pRoot->pRight = pTemp->pLeft;
	//3. pRoot成为pTemp的左孩子
	pTemp->pLeft = pRoot;
	//4. 高度设置
	pRoot->height = 1 + ((_getHeight(pRoot->pLeft) > _getHeight(pRoot->pRight)) ?
		_getHeight(pRoot->pLeft) : _getHeight(pRoot->pRight));
	pTemp->height = 1 + ((_getHeight(pTemp->pLeft) > _getHeight(pTemp->pRight)) ?
		_getHeight(pTemp->pLeft) : _getHeight(pTemp->pRight));

	return pTemp;
}

template<class T>
inline TreeNode<T>* ACL_Tree<T>::LR(TreeNode<T>* pRoot)
{
	//以pRoot的pLeft为轴左旋
	pRoot->pLeft = LL(pRoot->pLeft);
	//再右旋
	return RR(pRoot);
}

template<class T>
inline TreeNode<T>* ACL_Tree<T>::RL(TreeNode<T>* pRoot)
{
	//以pRoot的pRight为轴右旋
	pRoot->pRight = RR(pRoot->pRight);
	//再左旋
	return LL(pRoot);
}

#include "ACLTree.h"

#define NUM 10
int main()
{
	int arr[NUM] = { 55,99,24,66,11,10,77,13,38,91 };

	ACL_Tree<int> a;


	for (int i = 0; i < NUM; i++)
	{
		a.Insert_Node(arr[i]);
	}

	return 0;
}