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Polish the chapter of stack_and_queue, tree
This commit is contained in:
@@ -3,7 +3,7 @@
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「二叉搜索树 Binary Search Tree」满足以下条件:
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1. 对于根节点,左子树中所有节点的值 $<$ 根节点的值 $<$ 右子树中所有节点的值;
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2. 任意节点的左子树和右子树也是二叉搜索树,即也满足条件 `1.` ;
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2. 任意节点的左、右子树也是二叉搜索树,即同样满足条件 `1.` ;
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@@ -15,10 +15,10 @@
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- 若 `cur.val < num` ,说明目标节点在 `cur` 的右子树中,因此执行 `cur = cur.right` ;
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- 若 `cur.val > num` ,说明目标节点在 `cur` 的左子树中,因此执行 `cur = cur.left` ;
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- 若 `cur.val = num` ,说明找到目标节点,跳出循环并返回该节点即可;
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- 若 `cur.val = num` ,说明找到目标节点,跳出循环并返回该节点;
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=== "<1>"
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=== "<2>"
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@@ -29,7 +29,7 @@
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=== "<4>"
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二叉搜索树的查找操作和二分查找算法如出一辙,也是在每轮排除一半情况。循环次数最多为二叉树的高度,当二叉树平衡时,使用 $O(\log n)$ 时间。
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二叉搜索树的查找操作与二分查找算法的工作原理一致,都是每轮排除一半情况。循环次数最多为二叉树的高度,当二叉树平衡时,使用 $O(\log n)$ 时间。
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=== "Java"
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@@ -95,10 +95,10 @@
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给定一个待插入元素 `num` ,为了保持二叉搜索树“左子树 < 根节点 < 右子树”的性质,插入操作分为两步:
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1. **查找插入位置**:与查找操作类似,我们从根节点出发,根据当前节点值和 `num` 的大小关系循环向下搜索,直到越过叶节点(遍历到 $\text{null}$ )时跳出循环;
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2. **在该位置插入节点**:初始化节点 `num` ,将该节点放到 $\text{null}$ 的位置 ;
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1. **查找插入位置**:与查找操作相似,从根节点出发,根据当前节点值和 `num` 的大小关系循环向下搜索,直到越过叶节点(遍历至 $\text{null}$ )时跳出循环;
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2. **在该位置插入节点**:初始化节点 `num` ,将该节点置于 $\text{null}$ 的位置;
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二叉搜索树不允许存在重复节点,否则将会违背其定义。因此若待插入节点在树中已经存在,则不执行插入,直接返回即可。
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二叉搜索树不允许存在重复节点,否则将违反其定义。因此,若待插入节点在树中已存在,则不执行插入,直接返回。
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@@ -162,30 +162,30 @@
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[class]{BinarySearchTree}-[func]{insert}
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```
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为了插入节点,需要借助 **辅助节点 `pre`** 保存上一轮循环的节点,这样在遍历到 $\text{null}$ 时,我们也可以获取到其父节点,从而完成节点插入操作。
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为了插入节点,我们需要利用辅助节点 `pre` 保存上一轮循环的节点,这样在遍历至 $\text{null}$ 时,我们可以获取到其父节点,从而完成节点插入操作。
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与查找节点相同,插入节点使用 $O(\log n)$ 时间。
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### 删除节点
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与插入节点一样,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的“左子树 < 根节点 < 右子树”的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除节点。接下来,根据待删除节点的子节点数量,删除操作需要分为三种情况:
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与插入节点类似,我们需要在删除操作后维持二叉搜索树的“左子树 < 根节点 < 右子树”的性质。首先,我们需要在二叉树中执行查找操作,获取待删除节点。接下来,根据待删除节点的子节点数量,删除操作需分为三种情况:
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**当待删除节点的子节点数量 $= 0$ 时**,表明待删除节点是叶节点,直接删除即可。
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当待删除节点的子节点数量 $= 0$ 时,表示待删除节点是叶节点,可以直接删除。
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**当待删除节点的子节点数量 $= 1$ 时**,将待删除节点替换为其子节点即可。
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当待删除节点的子节点数量 $= 1$ 时,将待删除节点替换为其子节点即可。
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**当待删除节点的子节点数量 $= 2$ 时**,删除操作分为三步:
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当待删除节点的子节点数量 $= 2$ 时,删除操作分为三步:
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1. 找到待删除节点在 **中序遍历序列** 中的下一个节点,记为 `nex` ;
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1. 找到待删除节点在“中序遍历序列”中的下一个节点,记为 nex;
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2. 在树中递归删除节点 `nex` ;
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3. 使用 `nex` 替换待删除节点;
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=== "<1>"
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=== "<2>"
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@@ -196,7 +196,7 @@
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=== "<4>"
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删除节点操作也使用 $O(\log n)$ 时间,其中查找待删除节点 $O(\log n)$ ,获取中序遍历后继节点 $O(\log n)$ 。
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删除节点操作同样使用 $O(\log n)$ 时间,其中查找待删除节点需要 $O(\log n)$ 时间,获取中序遍历后继节点需要 $O(\log n)$ 时间。
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=== "Java"
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@@ -280,29 +280,29 @@
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### 排序
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我们知道,「中序遍历」遵循“左 $\rightarrow$ 根 $\rightarrow$ 右”的遍历优先级,而二叉搜索树遵循“左子节点 $<$ 根节点 $<$ 右子节点”的大小关系。因此,在二叉搜索树中进行中序遍历时,总是会优先遍历下一个最小节点,从而得出一条重要性质:**二叉搜索树的中序遍历序列是升序的**。
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我们知道,二叉树的中序遍历遵循“左 $\rightarrow$ 根 $\rightarrow$ 右”的遍历顺序,而二叉搜索树满足“左子节点 $<$ 根节点 $<$ 右子节点”的大小关系。因此,在二叉搜索树中进行中序遍历时,总是会优先遍历下一个最小节点,从而得出一个重要性质:**二叉搜索树的中序遍历序列是升序的**。
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借助中序遍历升序的性质,我们在二叉搜索树中获取有序数据仅需 $O(n)$ 时间,而无需额外排序,非常高效。
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利用中序遍历升序的性质,我们在二叉搜索树中获取有序数据仅需 $O(n)$ 时间,无需额外排序,非常高效。
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## 二叉搜索树的效率
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假设给定 $n$ 个数字,最常用的存储方式是「数组」,那么对于这串乱序的数字,常见操作的效率为:
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假设给定 $n$ 个数字,最常见的存储方式是「数组」。对于这串乱序的数字,常见操作的效率如下:
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- **查找元素**:由于数组是无序的,因此需要遍历数组来确定,使用 $O(n)$ 时间;
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- **插入元素**:只需将元素添加至数组尾部即可,使用 $O(1)$ 时间;
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- **删除元素**:先查找元素,使用 $O(n)$ 时间,再在数组中删除该元素,使用 $O(n)$ 时间;
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- **获取最小 / 最大元素**:需要遍历数组来确定,使用 $O(n)$ 时间;
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为了得到先验信息,我们也可以预先将数组元素进行排序,得到一个「排序数组」,此时操作效率为:
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为了获得先验信息,我们可以预先将数组元素进行排序,得到一个「排序数组」。此时操作效率如下:
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- **查找元素**:由于数组已排序,可以使用二分查找,平均使用 $O(\log n)$ 时间;
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- **插入元素**:先查找插入位置,使用 $O(\log n)$ 时间,再插入到指定位置,使用 $O(n)$ 时间;
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- **删除元素**:先查找元素,使用 $O(\log n)$ 时间,再在数组中删除该元素,使用 $O(n)$ 时间;
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- **获取最小 / 最大元素**:数组头部和尾部元素即是最小和最大元素,使用 $O(1)$ 时间;
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观察发现,无序数组和有序数组中的各项操作的时间复杂度是“偏科”的,即有的快有的慢;**而二叉搜索树的各项操作的时间复杂度都是对数阶,在数据量 $n$ 很大时有巨大优势**。
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观察可知,无序数组和有序数组中的各项操作的时间复杂度呈现“偏科”的特点,即有的快有的慢。**然而,二叉搜索树的各项操作的时间复杂度都是对数阶,在数据量 $n$ 较大时具有显著优势**。
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<div class="center-table" markdown>
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@@ -317,18 +317,14 @@
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## 二叉搜索树的退化
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理想情况下,我们希望二叉搜索树的是“左右平衡”的(详见「平衡二叉树」章节),此时可以在 $\log n$ 轮循环内查找任意节点。
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在理想情况下,我们希望二叉搜索树是“平衡”的,这样就可以在 $\log n$ 轮循环内查找任意节点。
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如果我们动态地在二叉搜索树中插入与删除节点,**则可能导致二叉树退化为链表**,此时各种操作的时间复杂度也退化之 $O(n)$ 。
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!!! note
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在实际应用中,如何保持二叉搜索树的平衡,也是一个需要重要考虑的问题。
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然而,如果我们在二叉搜索树中不断地插入和删除节点,可能导致二叉树退化为链表,这时各种操作的时间复杂度也会退化为 $O(n)$ 。
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## 二叉搜索树常见应用
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- 系统中的多级索引,高效查找、插入、删除操作。
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- 各种搜索算法的底层数据结构。
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- 存储数据流,保持其已排序。
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- 用作系统中的多级索引,实现高效的查找、插入、删除操作。
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- 作为某些搜索算法的底层数据结构。
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- 用于存储数据流,以保持其有序状态。
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Reference in New Issue
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