3. 平衡二叉树(10分)

本文详细介绍了平衡二叉树的构建过程,通过一个具体示例展示了如何使用C语言实现平衡二叉树的插入操作,同时给出了先序、中序和后序遍历的代码,以及树向左旋转90度后的结构展示。
  1. 平衡二叉树(10分)
成绩10开启时间2019年12月1日 星期日 08:00
折扣0.8折扣时间2019年12月25日 星期三 23:55
允许迟交关闭时间2020年01月1日 星期三 23:55

程序输入一个字符串(只包含小写字母),请按照字符的输入顺序建立平衡二叉排序树,并分别输出二叉树的先序序列、中序序列和后序序列,最后输出该二叉树向左旋转 90 度后的结构。

例如:向左旋转 90 度后,以每层向里缩进 4 个空格的方式输出,输出结果为:

        i
    g
        f
a
        d
    c
        b

输入:agxnzyimk

输出:
Preorder: xigamknzy
Inorder: agikmnxyz
Postorder: agknmiyzx
Tree:

    z
        y
x
            n
        m
            k
    i
        g
            a
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct Node
{
	char data;
	Node *left, *right;
};
Node *root = NULL;
int height(Node *p)
{
	if (p == NULL)
		return 0;
	else
	{
		if (height(p->left) > height(p->right))
			return height(p->left) + 1;
		else
			return height(p->right) + 1;
	}
}
Node *LL(Node *p)
{
	Node *q = p->left;
	p->left = q->right;
	q->right = p;
	return q;
}
Node *RR(Node *p)
{
	Node *q = p->right;
	p->right = q->left;
	q->left = p;
	return q;
}
Node *LR(Node *p)
{
	Node *q = p->left, *r = q->right;
	q->right = r->left;
	r->left = q;
	p->left = r->right;
	r->right = p;
	return r;
}
Node *RL(Node *p)
{
	Node *q = p->right, *r = q->left;
	q->left = r->right;
	r->right = q;
	p->right = r->left;
	r->left = p;
	return r;
}
Node *insert(char c, Node *p)
{
	if (p == NULL)
	{
		p = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		p->data = c;
		p->left = p->right = NULL;
	}
	else
	{
		if (c < p->data)
		{
			p->left = insert(c, p->left);
			if (height(p->left) - height(p->right) > 1)
			{
				if (c < p->left->data)
					p = LL(p);
				else
					p = LR(p);
			}
		}
		else
		{
			p->right = insert(c, p->right);
			if (height(p->right) - height(p->left) > 1)
			{
				if (c < p->right->data)
					p = RL(p);
				else
					p = RR(p);
			}
		}
	}
	return p;
}
void preorder(Node *p)
{
	printf("%c", p->data);
	if (p->left)
		preorder(p->left);
	if (p->right)
		preorder(p->right);
}
void inorder(Node *p)
{
	if (p->left)
		inorder(p->left);
	printf("%c", p->data);
	if (p->right)
		inorder(p->right);
}
void postorder(Node *p)
{
	if (p->left)
		postorder(p->left);
	if (p->right)
		postorder(p->right);
	printf("%c", p->data);
}
void print(Node *p, int depth)
{
	int i;
	if (p->right)
		print(p->right, depth + 1);
	for (i = 0; i < depth; i++)
		printf("    ");
	printf("%c\n", p->data);
	if (p->left)
		print(p->left, depth + 1);
}
int main()
{
	char c;
	while (1)
	{
		c = getchar();
		if (c == '\n')
			break;
		root = insert(c, root);
	}
	printf("Preorder: ");
	preorder(root);
	printf("\nInorder: ");
	inorder(root);
	printf("\nPostorder: ");
	postorder(root);
	printf("\nTree:\n");
	print(root, 0);
	return 0;
}
平衡二叉树(如AVL树、红黑树等)是一类特殊的二叉搜索树,它们的关键特性包括: 1. **高度平衡**:在平衡二叉树中,任何一个节点的两个子树的高度差最多为1。这种平衡使得查找、插入和删除操作的时间复杂度保持在O(log n)左右,其中n是树中节点的数量。 2. **旋转操作**:为了维持平衡,当插入或删除一个节点可能导致不平衡时,平衡二叉树通过旋转操作(左旋或右旋)来调整结构。比如,在AVL树中,如果某个节点的左子树比右子树高两层,就需要进行一次右旋操作。 3. **递归定义**:平衡二叉树通常采用递归的方式来描述其结构。例如,AVL树的定义是所有节点满足两个条件:左子树的高度减去1小于等于右子树的高度,以及右子树的高度减去1也小于等于左子树的高度。 4. **自平衡**:这意味着在任何时刻,无论从哪个节点开始向下遍历,左子树和右子树的高度之差都是有限的。这保证了即使大量插入或删除操作后,仍然能保持较好的性能。 5. **查找、插入和删除的稳定性**:虽然平衡二叉树的操作需要维护平衡,但这些操作的平均时间复杂度是恒定的,因此在大规模数据下仍能提供高效的服务。 6. **插入和删除后的更新**:当对一棵平衡二叉树进行修改后,通常会触发一系列的旋转操作来重新调整树的结构,使其恢复到平衡状态。 相关问题: 1. 平衡二叉树如何处理插入和删除节点后可能的不平衡情况? 2. 描述一下AVL树和红黑树的主要区别是什么? 3. 平衡二叉树与普通的二叉搜索树相比,有何优势?
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