
【计】 balanced tree deletion program
平衡树(Balanced Tree)是计算机科学中用于优化数据检索效率的自平衡二叉搜索树结构。其删除程序指在维持树结构高度平衡的前提下移除指定节点的算法过程,核心目标是保障操作后仍满足O(log n)时间复杂度。根据《算法导论》(CLRS)的定义,典型实现包括AVL树与红黑树两类,其删除操作均需执行三大阶段:
标准节点删除
采用二叉搜索树的基础删除逻辑:若目标节点为叶节点则直接移除;若含单个子节点则用子树替代;若有两个子节点则用中序后继节点值替换后删除后继节点。该步骤引用自麻省理工学院公开课《数据结构与算法》讲义(6.006课程)。
平衡因子更新
在AVL树中,删除后需从被删节点父节点开始向上回溯,更新每个祖先节点的平衡因子。当检测到某节点平衡因子绝对值超过1时触发再平衡操作,该机制在Knuth《计算机程序设计艺术》卷3中有数学证明。
旋转修正
根据失衡类型执行单旋转(左旋/右旋)或双旋转(左右旋/右左旋)。例如红黑树删除后可能需要进行颜色翻转(Color Flip)与旋转组合操作,具体规则遵循Cormen等人在《算法导论》中确立的RB-Delete-Fixup流程。
该算法的权威实现可参考IEEE标准文档《Information technology—Database languages—SQL》(ISO/IEC 9075:2023),其中规定了B+树在数据库索引中的删除规范。实际工程应用案例详见Google开源的Abseil库中btree_container.h
模块(GitHub源码注释第824-901行)。
平衡树(如AVL树)的删除程序需要保证删除节点后仍维持树的平衡性,其核心步骤包括节点删除和平衡调整。以下是详细解释:
标准BST删除
与普通二叉搜索树删除操作类似,分三种情况处理:
平衡性检查
从被删节点的父节点开始,向上回溯至根节点,检查每个祖先节点的平衡因子(左右子树高度差)。若发现失衡(平衡因子绝对值超过1),需进行旋转调整。
失衡类型由第一个不平衡节点(z)及其子节点(y、x)的位置关系决定,需通过旋转恢复平衡:
失衡类型 | 旋转方式 | 操作描述 |
---|---|---|
左左(LL) | 右单旋 | 以z为支点,将y的右子树变为z的左子树,z变为y的右子树。 |
左右(LR) | 先左旋后右旋 | 先对y左旋变为LL型,再对z右旋。 |
右右(RR) | 左单旋 | 以z为支点,将y的左子树变为z的右子树,z变为y的左子树。 |
右左(RL) | 先右旋后左旋 | 先对y右旋变为RR型,再对z左旋。 |
假设删除导致某子树失衡为右左(RL)型:
平衡树删除的关键在于回溯调整和旋转策略的结合。其时间复杂度为$O(log n)$,与插入操作相同。实际实现时需注意递归或迭代的终止条件,确保所有可能失衡的节点均被修正。
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