14.二叉搜索树

二叉搜索树

1.概念

⼆叉搜索树⼜称⼆叉排序树,它或者是⼀棵空树,或者是具有以下性质的⼆叉树:
*若它的左⼦树不为空,则左⼦树上所有结点的值都⼩于等于根结点的值
*若它的右⼦树不为空,则右⼦树上所有结点的值都⼤于等于根结点的值
*它的左右⼦树也分别为⼆叉搜索树
*⼆叉搜索树中可以⽀持插⼊相等的值,也可以不⽀持插⼊相等的值,具体看使⽤场景定义,后续我们学习map/set/multimap/multiset系列容器底层就是⼆叉搜索树,其中map/set不⽀持插⼊相等
值,multimap/multiset⽀持插⼊相等值

2.性能分析

最优情况下,⼆叉搜索树为完全⼆叉树(或者接近完全⼆叉树),其⾼度为: log 2 N
最差情况下,⼆叉搜索树退化为单⽀树(或者类似单⽀),其⾼度为: N
另外需要说明的是,⼆分查找也可以实现 O (log 2 N ) 级别的查找效率,但是⼆分查找有两⼤缺陷:
1. 需要存储在⽀持下标随机访问的结构中,并且有序。
2. 插⼊和删除数据效率很低,因为存储在下标随机访问的结构中,插⼊和删除数据⼀般需要挪动数
据。
这⾥也就体现出了平衡⼆叉搜索树的价值。

3.插入

插⼊的具体过程如下:
1. 树为空,则直接新增结点,赋值给root指针
2. 树不空,按⼆叉搜索树性质,插⼊值⽐当前结点⼤往右⾛,插⼊值⽐当前结点⼩往左⾛,找到空位
置,插⼊新结点。
3. 如果⽀持插⼊相等的值,插⼊值跟当前结点相等的值可以往右⾛,也可以往左⾛,找到空位置,插
⼊新结点。(要注意的是要保持逻辑⼀致性,插⼊相等的值不要⼀会往右⾛,⼀会往左⾛)

4.查找

1. 从根开始⽐较,查找x,x⽐根的值⼤则往右边⾛查找,x⽐根值⼩则往左边⾛查找。
2. 最多查找⾼度次,⾛到到空,还没找到,这个值不存在。
3. 如果不⽀持插⼊相等的值,找到x即可返回
4. 如果⽀持插⼊相等的值,意味着有多个x存在,⼀般要求查找中序的第⼀个x。 如下图,查找3,要 找到1的右孩⼦的那个3返回

5.删除

*要删除的结点N左右孩⼦结点均不为空时:

⽆法直接删除N结点,因为N的两个孩⼦⽆处安放,只能⽤替换法删除。找N左⼦树的值最⼤结点
R(最右结点)或者N右⼦树的值最⼩结点R(最左结点)替代N,因为这两个结点中任意⼀个,放到N的
位置,都满⾜⼆叉搜索树的规则。替代N的意思就是N和R的两个结点的值交换,转⽽变成删除R结
点。

6.模拟实现

7.二叉搜索树key和key/value使用场景

1.key搜索:

只有key作为关键码,结构中只需要存储key即可,关键码即为需要搜索到的值,搜索场景只需要判断key在不在。key的搜索场景实现的⼆叉树搜索树⽀持增删查,但是不⽀持修改,修改key破坏搜索树结构了。
2.key/value搜索:
每⼀个关键码key,都有与之对应的值value,value可以任意类型对象。树的结构中(结点)除了需要存储key还要存储对应的value,增/删/查还是以key为关键字⾛⼆叉搜索树的规则进⾏⽐较,可以快速查找到key对应的value。key/value的搜索场景实现的⼆叉树搜索树⽀持修改,但是不⽀持修改key,修改key破坏搜索树性质了,可以修改value。

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