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@ -18,11 +18,11 @@ comments: true
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<p align="center"> 图 7-25 AVL 树在插入节点后发生退化 </p>
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1962 年 G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在论文“An algorithm for the organization of information”中提出了「AVL 树」。论文中详细描述了一系列操作,确保在持续添加和删除节点后,AVL 树不会退化,从而使得各种操作的时间复杂度保持在 $O(\log n)$ 级别。换句话说,在需要频繁进行增删查改操作的场景中,AVL 树能始终保持高效的数据操作性能,具有很好的应用价值。
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1962 年 G. M. Adelson-Velsky 和 E. M. Landis 在论文“An algorithm for the organization of information”中提出了<u>AVL(树)</u>。论文中详细描述了一系列操作,确保在持续添加和删除节点后,AVL 树不会退化,从而使得各种操作的时间复杂度保持在 $O(\log n)$ 级别。换句话说,在需要频繁进行增删查改操作的场景中,AVL 树能始终保持高效的数据操作性能,具有很好的应用价值。
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## 7.5.1 AVL 树常见术语
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AVL 树既是二叉搜索树,也是平衡二叉树,同时满足这两类二叉树的所有性质,因此是一种「平衡二叉搜索树 balanced binary search tree」。
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AVL 树既是二叉搜索树,也是平衡二叉树,同时满足这两类二叉树的所有性质,因此是一种<u>平衡二叉搜索树(balanced binary search tree)</u>。
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### 1. 节点高度
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@ -479,7 +479,7 @@ AVL 树既是二叉搜索树,也是平衡二叉树,同时满足这两类二
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### 2. 节点平衡因子
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节点的「平衡因子 balance factor」定义为节点左子树的高度减去右子树的高度,同时规定空节点的平衡因子为 $0$ 。我们同样将获取节点平衡因子的功能封装成函数,方便后续使用:
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节点的<u>平衡因子(balance factor)</u>定义为节点左子树的高度减去右子树的高度,同时规定空节点的平衡因子为 $0$ 。我们同样将获取节点平衡因子的功能封装成函数,方便后续使用:
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=== "Python"
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@ -4,7 +4,7 @@ comments: true
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# 7.4 二叉搜索树
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如图 7-16 所示,「二叉搜索树 binary search tree」满足以下条件。
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如图 7-16 所示,<u>二叉搜索树(binary search tree)</u>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、右子树也是二叉搜索树,即同样满足条件 `1.` 。
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@ -4,7 +4,7 @@ comments: true
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# 7.1 二叉树
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「二叉树 binary tree」是一种非线性数据结构,代表“祖先”与“后代”之间的派生关系,体现了“一分为二”的分治逻辑。与链表类似,二叉树的基本单元是节点,每个节点包含值、左子节点引用和右子节点引用。
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<u>二叉树(binary tree)</u>是一种非线性数据结构,代表“祖先”与“后代”之间的派生关系,体现了“一分为二”的分治逻辑。与链表类似,二叉树的基本单元是节点,每个节点包含值、左子节点引用和右子节点引用。
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=== "Python"
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@ -202,7 +202,7 @@ comments: true
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```
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每个节点都有两个引用(指针),分别指向「左子节点 left-child node」和「右子节点 right-child node」,该节点被称为这两个子节点的「父节点 parent node」。当给定一个二叉树的节点时,我们将该节点的左子节点及其以下节点形成的树称为该节点的「左子树 left subtree」,同理可得「右子树 right subtree」。
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每个节点都有两个引用(指针),分别指向<u>左子节点(left-child node)</u>和<u>右子节点(right-child node)</u>,该节点被称为这两个子节点的<u>父节点(parent node)</u>。当给定一个二叉树的节点时,我们将该节点的左子节点及其以下节点形成的树称为该节点的<u>左子树(left subtree)</u>,同理可得<u>右子树(right subtree)</u>。
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**在二叉树中,除叶节点外,其他所有节点都包含子节点和非空子树**。如图 7-1 所示,如果将“节点 2”视为父节点,则其左子节点和右子节点分别是“节点 4”和“节点 5”,左子树是“节点 4 及其以下节点形成的树”,右子树是“节点 5 及其以下节点形成的树”。
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二叉树的常用术语如图 7-2 所示。
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- 「根节点 root node」:位于二叉树顶层的节点,没有父节点。
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- 「叶节点 leaf node」:没有子节点的节点,其两个指针均指向 `None` 。
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- 「边 edge」:连接两个节点的线段,即节点引用(指针)。
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- 节点所在的「层 level」:从顶至底递增,根节点所在层为 1 。
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- 节点的「度 degree」:节点的子节点的数量。在二叉树中,度的取值范围是 0、1、2 。
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- 二叉树的「高度 height」:从根节点到最远叶节点所经过的边的数量。
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- 节点的「深度 depth」:从根节点到该节点所经过的边的数量。
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- 节点的「高度 height」:从距离该节点最远的叶节点到该节点所经过的边的数量。
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- <u>根节点(root node)</u>:位于二叉树顶层的节点,没有父节点。
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- <u>叶节点(leaf node)</u>:没有子节点的节点,其两个指针均指向 `None` 。
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- <u>边(edge)</u>:连接两个节点的线段,即节点引用(指针)。
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- 节点所在的<u>层(level)</u>:从顶至底递增,根节点所在层为 1 。
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- 节点的<u>度(degree)</u>:节点的子节点的数量。在二叉树中,度的取值范围是 0、1、2 。
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- 二叉树的<u>高度(height)</u>:从根节点到最远叶节点所经过的边的数量。
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- 节点的<u>深度(depth)</u>:从根节点到该节点所经过的边的数量。
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- 节点的<u>高度(height)</u>:从距离该节点最远的叶节点到该节点所经过的边的数量。
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{ class="animation-figure" }
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@ -627,11 +627,11 @@ comments: true
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### 1. 完美二叉树
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如图 7-4 所示,「完美二叉树 perfect binary tree」所有层的节点都被完全填满。在完美二叉树中,叶节点的度为 $0$ ,其余所有节点的度都为 $2$ ;若树的高度为 $h$ ,则节点总数为 $2^{h+1} - 1$ ,呈现标准的指数级关系,反映了自然界中常见的细胞分裂现象。
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如图 7-4 所示,<u>完美二叉树(perfect binary tree)</u>所有层的节点都被完全填满。在完美二叉树中,叶节点的度为 $0$ ,其余所有节点的度都为 $2$ ;若树的高度为 $h$ ,则节点总数为 $2^{h+1} - 1$ ,呈现标准的指数级关系,反映了自然界中常见的细胞分裂现象。
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!!! tip
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请注意,在中文社区中,完美二叉树常被称为「满二叉树」。
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请注意,在中文社区中,完美二叉树常被称为<u>满二叉树</u>。
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{ class="animation-figure" }
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@ -639,7 +639,7 @@ comments: true
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### 2. 完全二叉树
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如图 7-5 所示,「完全二叉树 complete binary tree」只有最底层的节点未被填满,且最底层节点尽量靠左填充。
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如图 7-5 所示,<u>完全二叉树(complete binary tree)</u>只有最底层的节点未被填满,且最底层节点尽量靠左填充。
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{ class="animation-figure" }
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@ -647,7 +647,7 @@ comments: true
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### 3. 完满二叉树
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如图 7-6 所示,「完满二叉树 full binary tree」除了叶节点之外,其余所有节点都有两个子节点。
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如图 7-6 所示,<u>完满二叉树(full binary tree)</u>除了叶节点之外,其余所有节点都有两个子节点。
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{ class="animation-figure" }
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@ -655,7 +655,7 @@ comments: true
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### 4. 平衡二叉树
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如图 7-7 所示,「平衡二叉树 balanced binary tree」中任意节点的左子树和右子树的高度之差的绝对值不超过 1 。
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如图 7-7 所示,<u>平衡二叉树(balanced binary tree)</u>中任意节点的左子树和右子树的高度之差的绝对值不超过 1 。
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{ class="animation-figure" }
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@ -10,9 +10,9 @@ comments: true
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## 7.2.1 层序遍历
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如图 7-9 所示,「层序遍历 level-order traversal」从顶部到底部逐层遍历二叉树,并在每一层按照从左到右的顺序访问节点。
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如图 7-9 所示,<u>层序遍历(level-order traversal)</u>从顶部到底部逐层遍历二叉树,并在每一层按照从左到右的顺序访问节点。
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层序遍历本质上属于「广度优先遍历 breadth-first traversal」,也称「广度优先搜索 breadth-first search, BFS」,它体现了一种“一圈一圈向外扩展”的逐层遍历方式。
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层序遍历本质上属于<u>广度优先遍历(breadth-first traversal)</u>,也称<u>广度优先搜索(breadth-first search, BFS)</u>,它体现了一种“一圈一圈向外扩展”的逐层遍历方式。
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{ class="animation-figure" }
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@ -364,7 +364,7 @@ comments: true
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## 7.2.2 前序、中序、后序遍历
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相应地,前序、中序和后序遍历都属于「深度优先遍历 depth-first traversal」,也称「深度优先搜索 depth-first search, DFS」,它体现了一种“先走到尽头,再回溯继续”的遍历方式。
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相应地,前序、中序和后序遍历都属于<u>深度优先遍历(depth-first traversal)</u>,也称<u>深度优先搜索(depth-first search, DFS)</u>,它体现了一种“先走到尽头,再回溯继续”的遍历方式。
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图 7-10 展示了对二叉树进行深度优先遍历的工作原理。**深度优先遍历就像是绕着整棵二叉树的外围“走”一圈**,在每个节点都会遇到三个位置,分别对应前序遍历、中序遍历和后序遍历。
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