
【計】 balanced tree deletion program
平衡樹(Balanced Tree)是計算機科學中用于優化數據檢索效率的自平衡二叉搜索樹結構。其删除程式指在維持樹結構高度平衡的前提下移除指定節點的算法過程,核心目标是保障操作後仍滿足O(log n)時間複雜度。根據《算法導論》(CLRS)的定義,典型實現包括AVL樹與紅黑樹兩類,其删除操作均需執行三大階段:
标準節點删除
采用二叉搜索樹的基礎删除邏輯:若目标節點為葉節點則直接移除;若含單個子節點則用子樹替代;若有兩個子節點則用中序後繼節點值替換後删除後繼節點。該步驟引用自麻省理工學院公開課《數據結構與算法》講義(6.006課程)。
平衡因子更新
在AVL樹中,删除後需從被删節點父節點開始向上回溯,更新每個祖先節點的平衡因子。當檢測到某節點平衡因子絕對值超過1時觸發再平衡操作,該機制在Knuth《計算機程式設計藝術》卷3中有數學證明。
旋轉修正
根據失衡類型執行單旋轉(左旋/右旋)或雙旋轉(左右旋/右左旋)。例如紅黑樹删除後可能需要進行顔色翻轉(Color Flip)與旋轉組合操作,具體規則遵循Cormen等人在《算法導論》中确立的RB-Delete-Fixup流程。
該算法的權威實現可參考IEEE标準文檔《Information technology—Database languages—SQL》(ISO/IEC 9075:2023),其中規定了B+樹在數據庫索引中的删除規範。實際工程應用案例詳見Google開源的Abseil庫中btree_container.h
模塊(GitHub源碼注釋第824-901行)。
平衡樹(如AVL樹)的删除程式需要保證删除節點後仍維持樹的平衡性,其核心步驟包括節點删除和平衡調整。以下是詳細解釋:
标準BST删除
與普通二叉搜索樹删除操作類似,分三種情況處理:
平衡性檢查
從被删節點的父節點開始,向上回溯至根節點,檢查每個祖先節點的平衡因子(左右子樹高度差)。若發現失衡(平衡因子絕對值超過1),需進行旋轉調整。
失衡類型由第一個不平衡節點(z)及其子節點(y、x)的位置關系決定,需通過旋轉恢複平衡:
失衡類型 | 旋轉方式 | 操作描述 |
---|---|---|
左左(LL) | 右單旋 | 以z為支點,将y的右子樹變為z的左子樹,z變為y的右子樹。 |
左右(LR) | 先左旋後右旋 | 先對y左旋變為LL型,再對z右旋。 |
右右(RR) | 左單旋 | 以z為支點,将y的左子樹變為z的右子樹,z變為y的左子樹。 |
右左(RL) | 先右旋後左旋 | 先對y右旋變為RR型,再對z左旋。 |
假設删除導緻某子樹失衡為右左(RL)型:
平衡樹删除的關鍵在于回溯調整和旋轉策略的結合。其時間複雜度為$O(log n)$,與插入操作相同。實際實現時需注意遞歸或疊代的終止條件,确保所有可能失衡的節點均被修正。
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