数据结构~AVL树

TU^2024-10-19 19:48

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一、AVL树的概念

  • AVL树是最先发明的自平衡二叉查找树，AVL是⼀颗空树，或者具备下列性质的二叉搜索树：它的左右子树都是AV树，且左右子树的高度差的绝对值不超过1。AVL树是⼀颗高度平衡搜索二叉树，通过控制高度差去控制平衡。
  • AVL树得名于它的发明者G. M. Adelson-Velsky和E. M. Landis是两个前苏联的科学家，他们在1962年的论文《An algorithm for the organization of information》中发表了它。
  • AVL树实现这里引入⼀个平衡因子(balance factor)的概念，每个结点都有⼀个平衡因子，任何结点的平衡因子等于右子树的高度减去左子树的高度，也就是说任何结点的平衡因子等于0/1/-1，AVL树并不是必须要平衡因子，但是有了平衡因子可以更方便去进行观察和控制树是否平衡，就像⼀个风向标⼀样。
  • 为什么AVL树是高度平衡搜索⼆叉树，要求高度差不超过1，而不是高度差是0呢 0不是更好的平衡吗？画画图分析发现，不是不想这样设计，而是有些情况是做不到高度差是0的。比如⼀棵树是2个结点，4个结点等情况下，高度差最好就是1，无法作为高度差是0
  • AVL树整体结点数量和分布和完全二叉树类似，高度可以控制在logN ，那么增删查改的效率也可以控制在O(logN) ，相比二叉搜索树有了本质的提升。

二、AVL树的定义

定义了一个 AVL 树的数据结构。它包含了一个结构体AVLTreeNode和一个AVLTree。

  • AVLTreeNode结构体：

成员变量：

_kv：存储键值对的数据成员，类型为pair<K, V>。

_left、_right和_parent：分别指向左子树、右子树和父节点的指针。

_bf：表示平衡因子，用于判断树的平衡性。

构造函数：接受一个pair<K, V>类型的参数，用于初始化_kv成员，并将其他指针成员初始化为nullptr，平衡因子初始化为 0。

  • AVLTree类：

成员变量：

_root：指向 AVL 树的根节点的指针。

公有接口：代码中省略了公有接口的具体实现，但通常会包含插入、删除、查找等操作的函数声明。

私有成员：仅包含根节点指针_root。

cpp 复制代码 
template<class K, class V>
struct AVLTreeNode
{
	// 需要parent指针，后续更新平衡因⼦可以看到 
	pair<K, V> _kv;
	AVLTreeNode<K, V>* _left;
	AVLTreeNode<K, V>* _right;
	AVLTreeNode<K, V>* _parent;
	int _bf; // balance factor
	AVLTreeNode(const pair<K, V>& kv)
		:_kv(kv)
		, _left(nullptr)
		, _right(nullptr)
		, _parent(nullptr)
		, _bf(0)
	{}
};
template<class K, class V>
class AVLTree
{
	typedef AVLTreeNode<K, V> Node;
public:
	//...
private:
	Node* _root = nullptr;
};

pair

pair在C++map里面讲过:map

pair可以将两个数据组成一组元素，因此对于key/value模型这种需要用到两个数据为一组的元素时就可以使用，内部的成员变量为first和second，其主要使用方法为：

cpp 复制代码 
pair<T1, T2> p1(v1, v2); //输入两个数据创建pair类型变量
make_pair(v1, v2);       //输入两个数据通过函数创建pair类型变量
p1.first                 //访问p1的第一个数据
p1.second                //访问p1的第二个数据

三、AVL树的插入

AVL树插入一个值的过程

  1. 插入一个值按⼆叉搜索树规则进行插入。
  2. 新增结点以后，只会影响祖先结点的高度，也就是可能会影响部分祖先结点的平衡因子，所以更新从新增结点->根结点路径上的平衡因子，实际中最坏情况下要更新到根，有些情况更新到中间就可以停止了，具体情况下面再详细分析。
  3. 更新平衡因子过程中没有出现问题，则插入结束
  4. 更新平衡因子过程中出现不平衡，对不平衡子树旋转，旋转后本质调平衡的同时，本质降低了子树的高度，不会再影响上⼀层，所以插入结束。

平衡因子更新

  1. 平衡因子=右子树高度-左子树高度
  2. 只有子树高度变化才会影响当前结点平衡因子。
  3. 插入结点，会增加高度，所以新增结点在parent的右子树，parent的平衡因子++，新增结点在parent的左子树，parent平衡因子- -
  4. parent所在子树的高度是否变化决定了是否会继续往上更新

更新停止条件

  1. 更新后parent的平衡因子等于0，更新中parent的平衡因子变化为-1->0或者1->0，说明更新前parent子树⼀边高⼀边低，新增的结点插入在低的那边，插入后parent所在的子树高度不变，不会影响parent的父亲结点的平衡因子，更新结束。
  2. 更新后parent的平衡因子等于1或-1，更新前更新中parent的平衡因子变化为0->1或者0->-1，说明更新前parent子树两边⼀样高，新增的插入结点后，parent所在的子树⼀边高⼀边低，parent所在的子树符合平衡要求，但是高度增加了1，会影响arent的父亲结点的平衡因子，所以要继续向上更新。
  3. 更新后parent的平衡因子等于2或-2，更新前更新中parent的平衡因子变化为1->2或者-1->-2，说明更新前parent子树⼀边高⼀边低，新增的插入结点在高的那边，parent所在的子树高的那边更高了，破坏了平衡，parent所在的子树不符合平衡要求，需要旋转处理，旋转的目标有两个：1、把parent子树旋转平衡。2、降低parent子树的⾼度，恢复到插⼊结点以前的高度。所以旋转后也不需要继续往上更新，插⼊结束。
    更新到10结点，平衡因子为2，10所在的子树已经不平衡，需要旋转处理

最坏更新到根停止

插入结点及更新平衡因子的代码实现

cpp 复制代码 
bool Insert(const pair<K, V>& kv)
{
	if (_root == nullptr)
	{
		_root = new Node(kv);
		return true;
	}
	Node* parent = nullptr;
	Node* cur = _root;
	while (cur)
	{
		if (kv.first > cur->_kv.first)
		{
			parent = cur;
			cur = cur->_right;
		}
		else if (kv.first < cur->_kv.first)
		{
			parent = cur;
			cur = cur->_left;
		}
		else
		{
			return false;
		}
	}
	cur = new Node(kv);
	if (parent->_kv.first > cur->_kv.first)
		parent->_right = cur;
	else
		parent->_left = cur;
	cur->_parent = parent;
	while (parent)
	{
		if (cur == parent->_left)
			parent->_bf--;
		else
			parent->_bf++;
		if (parent->_bf == 0)
		{
			break;
		}
		else if (parent->_bf == 1 || parent->_bf == -1)
		{
			cur = parent;
			parent = parent->_parent;
		}
		else if (parent->_bf == 2 || parent->_bf == -2)
		{
			if (parent->_bf == -2 && cur->_bf == -1)
			{
				RotateR(parent);
			}
			else if (parent->_bf == 2 && cur->_bf == 1)
			{
				RotateL(parent);
			}
			else if (parent->_bf == -2 && cur->_bf == 1)
			{
				RotateLR(parent);
			}
			else if (parent->_bf == 2 && cur->_bf == -1)
			{
				RotateRL(parent);
			}
			else
			{
				assert(false);
			}
		}
		else
		{
			assert(false);
		}
	}
	return true;
}

四、AVL树的平衡

旋转

旋转的原则

1.保持搜索树的规则

  1. 让旋转的树从不满足变平衡，其次降低旋转树的高度

旋转总共分为四种，左单旋/右单旋/左右双旋/右左双旋。

说明：下面的图中，有些结点我们给的是具体值，如10和5等结点，这里是为了讲解，实际中是什么值都可以，只要大小关系符合搜索树的规则即可。
右单旋

  1. 下面图展示的是10为根的树，有a/b/c抽象为三棵高度为h的子树(h>=0)，a/b/c均符合AVL树的要求。10可能是整棵树的根，也可能是⼀个整棵树中局部的子树的根。这里a/b/c是高度为h的子树，是⼀种概括抽象表示，他代表了所有右单旋的场景，实际右单旋形态有很多种
  2. 在a子树中插入⼀个新结点，导致a子树的高度从h变成h+1，不断向上更新平衡因子，导致10的平衡因子从-1变成-2，10为根的树左右高度差超过1，违反平衡规则。10为根的树左边太高了，需要往右边旋转，控制两棵树的平衡。
  3. 旋转核心步骤，因为5<b子树的值<10，将b变成10的左子树，10变成5的右子树，5变成这棵树新的根，符合搜索树的规则，控制了平衡，同时这棵的高度恢复到了插入之前的h+2，符合旋转原则。如果插⼊之前10整棵树的⼀个局部⼦树，旋转后不会再影响上⼀层，插入结束了。

右单旋代码实现

cpp 复制代码 
void RotateR(Node* parent)
{
	Node* subL = parent->_left;
	Node* subLR = subL->_right;

	parent->_left = subLR;
	if (subLR)
		subLR->_parent = parent;

	Node* pParent = parent->_parent;

	subL->_right = parent;
	parent->_parent = subL;
	if (parent == _root)
	{
		_root = subL;
		subL->_parent == nullptr;
	}
	else
	{
		if (pParent->_left == parent)
		{
			pParent->_left = subL;
		}
		else
		{
			pParent->_right = subL;
		}
		subL->_parent = parent;
	}
	subL->_bf = 0;
	parent->_bf = 0;
}

左单旋

本图展示的是10为根的树，有a/b/c抽象为三棵高度为h的子树(h>=0)，a/b/c均符合AVL树的要求。10可能是整棵树的根，也可能是⼀个整棵树中局部的子树的根。这里a/b/c是高度为h的子树，是⼀种概括抽象表示，他代表了所有右单旋的场景，实际右单旋形态有很多种，具体跟上面左旋类似。

• 在a子树中插入⼀个新结点，导致a子树的高度从h变成h+1，不断向上更新平衡因子，导致10的平衡因子从1变成2，10为根的树左右高度差超过1，违反平衡规则。10为根的树右边太高了，需要往左边旋转，控制两棵树的平衡。

• 旋转核心步骤，因为10<b⼦树的值<15，将b变成10的右子树，10变成15的左子树，15变成这棵树新的根，符合搜索树的规则，控制了平衡，同时这棵的高度恢复到了插⼊之前的h+2，符合旋转原则。如果插入之前10整棵树的⼀个局部子树，旋转后不会再影响上⼀层，插⼊结束了。

左单旋代码实现

cpp 复制代码 
void RotateL(Node* parent)
{
	Node* subR = parent->_right;
	Node* subRL = subR->_left;

	parent->_right = subRL;
	if (subRL)
		subRL->_parent = parent;
	Node* pParent = parent->_parent;
	subR->_left = parent;
	parent->_parent = subR;
	if (_root == parent)
	{
		_root = subR;
		subR->_parent = nullptr;
	}
	else
	{
		if (pParent->_left == parent)
			pParent->_left = subR;
		else
			pParent->_right = subR;
		subR->_parent = parent;
	}
	parent->_bf = 0;
	subR->_bf = 0;
}

左右双旋

通过图情况1和图情况2可以看到，左边高时，如果插入位置不是在a子树，而是插入在b子树，b子树高度从h变成h+1，引发旋转，右单旋无法解决问题，右单旋后，我们的树依旧不平衡。右单旋解决的纯粹的左边高，但是插入在b子树中，10为跟的⼦树不再是单纯的左边高，对于10是左边高，但是对于5是右边高，需要用两次旋转才能解决，以5为旋转点进行⼀个左单旋，以10为旋转点进行⼀个右单旋，这棵树这棵树就平衡了。

图情况1和图情况2分别为左右双旋中hc = =0和h= =1具体场景分析，下⾯我们将a/b/c子树抽象为高度h的AVL子树进行分析，另外我们需要把b子树的细节进⼀步展开为8和左子树高度为h-1的e和f子树，因为我们要对b的父亲5为旋转点进行左单旋，左单旋需要动b树中的左子树。b子树中新增结点的位置不同，平衡因子更新的细节也不同，通过观察8的平衡因子不同，这里我们要分三个场景讨论。

场景1：h>=1时，新增结点插入在e子树，子树高度从h-1并为h并不断更新8->5->10平衡因子，引发旋转，其中8的平衡因⼦为-1,旋转后8和5平衡因子为0,10平衡因子为1。

场景2：h>=1时，新增结点插⼊在f子树，f子树高度从h-1变为h并不断更新8->5->10平衡因子，引发旋转，其中8的平衡因⼦为1,旋转后8和10平衡因⼦为0,5平衡因子为-1。

场景3：h==0时，a/b/c都是空树，b自己就是⼀个新增结点，不断更新5->10平衡因子，引发旋转，其中8的平衡因⼦为0，旋转后8和10和5平衡因⼦均为0。

左右双旋代码实现

cpp 复制代码 
void RotateLR(Node* parent)
{
	Node* subL = parent->_left;
	Node* subLR = subL->_right;
	int bf = subLR->_bf;
	RotateL(parent->_left);
	RotateR(parent);

	if (bf == -1)
	{
		subL->_bf = 0;
		subLR->_bf = 0;
		parent->_bf = 1;
	}
	else if (bf == 1)
	{
		subL->_bf = 0;
		subLR->_bf = -1;
		parent->_bf = 0;
	}
	else if (bf == 0)
	{
		subL->_bf = 0;
		subLR->_bf = 0;
		parent->_bf = 0;
	}
	else
	{
		assert(false);
	}
}

右左双旋

跟左右双旋类似，下面将a/b/c⼦树抽象为高度h的AVL子树进行分析，另外我们需要把b子树的细节进⼀步展开为12和左⼦树高度为h-1的e和f子树，因为我们要对b的父亲15为旋转点进行右单旋，右单旋需要动b树中的右⼦树。b⼦树中新增结点的位置不同，平衡因子更新的细节也不同，通

过观察12的平衡因子不同，这里要分三个场景讨论。

• 场景1：h>=1时，新增结点入在e子树，e子树高度从h-1变为h并不断更新12->15->10平衡因子，引发旋转，其中12的平衡因子为-1，旋转后10和12平衡因子为0，15平衡因⼦为1。

• 场景2：h>=1时，新增结点插入在f子树，f子树高度从h-1变为h并不断更新12->15->10平衡因子，引发旋转，其中12的平衡因子为1，旋转后15和12平衡因⼦为0，10平衡因子为-1。

• 场景3：h= =0时，a/b/c都是空树，b自己就是⼀个新增结点，不断更新15->10平衡因子，引发旋转，其中12的平衡因子为0，旋转后10和12和15平衡因子均为0。

右左双旋代码实现

cpp 复制代码 
void RotateRL(Node* parent)
{
	Node* subR = parent->_right;
	Node* subRL = subR->_left;
	int bf = subRL->_bf;
	RotateR(parent->_right);
	RotateL(parent);
	if (bf == 1)
	{
		subR->_bf = 0;
		subRL->bf = 0;
		parent->_bf = -1;
	}
	else if (bf == -1)
	{
		subR->_bf = 1;
		subRL->bf = 0;
		parent->_bf = 0;
	}
	else if (bf == 0)
	{
		subR->_bf = 0;
		subRL->bf = 0;
		parent->_bf = 0;
	}
	else
	{
		assert(false);
	}
}

五、AVL树的验证

AVL树是否合格，我们通过检查左右子树高度差的的程序进行反向验证，同时检查⼀下结点的平衡因子更新是否出现了问题。

cpp 复制代码 
int _Height(Node* root)
{
	if (root == nullptr)
	{
		return 0;
	}
	int Heightleft = _Height(root->_left);
	int Heightright = _Height(root->_right);
	return Heightleft > Heightright ? Heightleft + 1 : Heightright + 1;
}
bool _IsBalanceTree(Node* root)
{
	if (root == nullptr)
		return true;
	int leftHeight = _Height(root->_left);
	int rightHeight = _Height(root->_right);
	int diff = rightHeight - leftHeight;

	if (abs(diff) >= 2)
	{
		cout << "平衡因子异常:高度异常" << root->_kv.first << endl;
		return false;
	}
	if (root->_bf != diff)
	{
		cout << "平衡因子异常:高度异常" << root->_kv.first << endl;
		return false;
	}
	return  _IsBalanceTree(root->_left) && _IsBalanceTree(root->_right);
}

_Height函数用于计算以给定节点为根的子树的高度。如果节点为空指针，则返回 0。否则，递归地计算左子树和右子树的高度，然后选择较大的子树高度加 1 作为当前子树的高度。

_IsBalanceTree函数用于判断以给定节点为根的子树是否为平衡树。如果节点为空指针，则返回true，表示空树是平衡树。对于非空节点，首先计算左子树和右子树的高度，然后计算它们的高度差。如果高度差大于等于 2，则说明该节点的子树不平衡，输出错误信息并返回false。接着，检查当前节点的平衡因子是否与计算得到的高度差一致，如果不一致，也输出错误信息并返回false。最后，递归地判断左子树和右子树是否为平衡树，只有当左右子树都为平衡树时，才返回true。

六、AVL树的删除

  1. 首先调用Find函数找到要删除的节点delNode。如果找不到指定的键值，则直接返回。
  2. 确定替换节点replaceNode：
    如果delNode的左子树或右子树为空，那么delNode本身就是替换节点。
    如果delNode有两个子树，那么找到delNode的后继节点作为替换节点。
  3. 确定替换节点的子节点child：
    如果replaceNode的左子树不为空，那么child就是replaceNode的左子树。
    否则，child就是replaceNode的右子树。
  4. 更新child的父指针：
    如果child不为空，将其父指针设置为replaceNode的父节点。
  5. 更新树的结构：
    如果replaceNode是根节点，那么将root指向child。
    如果replaceNode是其父节点的左子树，那么将其父节点的左子树设置为child。
    否则，将其父节点的右子树设置为child。
  6. 如果replaceNode不等于delNode，则将delNode的值更新为replaceNode的值。
  7. 从树中删除replaceNode，并释放其内存。
  8. 从replaceNode的父节点开始，向上遍历树，更新每个节点的平衡因子，并进行必要的旋转操作来保持树的平衡：
    如果当前节点的平衡因子为 1 或 -1，继续向上遍历。
    如果平衡因子为 0，结束遍历。
    如果平衡因子为 2 或 -2，根据子树的情况进行相应的旋转操作。
cpp 复制代码 
void Remove(const K& key)
{
	Node* delNode = Find(key);
	if (delNode == nullptr)
		return;

	Node* replaceNode = nullptr;
	if (delNode->_left == nullptr || delNode->_right == nullptr)
		replaceNode = delNode;
	else
	{
		replaceNode = GetSuccessor(delNode);
	}

	Node* child = nullptr;
	if (replaceNode->_left != nullptr)
		child = replaceNode->_left;
	else
		child = replaceNode->_right;

	if (child != nullptr)
		child->_parent = replaceNode->_parent;

	if (replaceNode->_parent == nullptr)
		_root = child;
	else if (replaceNode == replaceNode->_parent->_left)
		replaceNode->_parent->_left = child;
	else
		replaceNode->_parent->_right = child;

	if (replaceNode != delNode)
		delNode->_kv = replaceNode->_kv;

	Node* parent = replaceNode->_parent;
	while (parent)
	{
		if (replaceNode == parent->_left)
			parent->_bf++;
		else
			parent->_bf--;

		if (parent->_bf == 1 || parent->_bf == -1)
		{
			replaceNode = parent;
			parent = replaceNode->_parent;
		}
		else if (parent->_bf == 0)
		{
			break;
		}
		else
		{
			if (parent->_bf == 2)
			{
				if (parent->_left->_bf >= 0)
				{
					RotateL(parent);
				}
				else
				{
					RotateLR(parent);
				}
			}
			else
			{
				if (parent->_right->_bf <= 0)
				{
					RotateR(parent);
				}
				else
				{
					RotateRL(parent);
				}
			}
			if (parent->_parent == nullptr)
				_root = parent;
			else
				parent = parent->_parent;
		}
	}

	delete replaceNode;
}

实现了从 AVL 树中删除指定键值的节点的功能。它通过一系列的操作来保持 AVL 树的平衡性质，包括找到要删除的节点、确定替换节点、调整树的结构以及更新平衡因子和进行必要的旋转操作。
注意事项

在进行旋转操作时，需要正确地更新节点的指针和平衡因子，以确保树的结构和平衡性质得到正确维护。

七、完整代码

cpp 复制代码 
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

template<class K,class V>
struct AVLTreeNode
{
	pair<K, V> _kv;
	AVLTreeNode<K, V>* _left;
	AVLTreeNode<K, V>* _right;
	AVLTreeNode<K, V>* _parent;
	int _bf;

	AVLTreeNode(const pair<K, V>& kv)
		:_kv(kv)
		,_left(nullptr)
		,_right(nullptr)
		,_parent(nullptr)
		,_bf(0)
	{}
};

template<class K,class V>
class AVLTree
{
	typedef AVLTreeNode<K, V> Node;
public:
	bool Insert(const pair<K, V>& kv)
	{
		if (_root == nullptr)
		{
			_root = new Node(kv);
			return true;
		}
		Node* parent = nullptr;
		Node* cur = _root;
		while (cur)
		{
			if (kv.first > cur->_kv.first)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_right;
			}
			else if (kv.first < cur->_kv.first)
			{
				parent = cur;
				cur = cur->_left;
			}
			else
			{
				return false;
			}
		}
		cur = new Node(kv);
		if (parent->_kv.first > cur->_kv.first)
			parent->_right = cur;
		else
			parent->_left = cur;
		cur->_parent = parent;
		while (parent)
		{
			if (cur == parent->_left)
				parent->_bf--;
			else
				parent->_bf++;
			if (parent->_bf == 0)
			{
				break;
			}
			else if (parent->_bf == 1 || parent->_bf == -1)
			{
				cur = parent;
				parent = parent->_parent;
			}
			else if (parent->_bf == 2 || parent->_bf == -2)
			{
				if (parent->_bf == -2 && cur->_bf == -1)
				{
					RotateR(parent);
				}
				else if (parent->_bf == 2 && cur->_bf == 1)
				{
					RotateL(parent);
				}
				else if (parent->_bf == -2 && cur->_bf == 1)
				{
					RotateLR(parent);
				}
				else if (parent->_bf == 2 && cur->_bf == -1)
				{
					RotateRL(parent);
				}
				else
				{
					assert(false);
				}
			}
			else
			{
				assert(false);
			}
		}
		return true;
	}
	void RotateR(Node* parent)
	{
		Node* subL = parent->_left;
		Node* subLR = subL->_right;

		parent->_left = subLR;
		if (subLR)
			subLR->_parent = parent;

		Node* pParent = parent->_parent;

		subL->_right = parent;
		parent->_parent = subL;
		if (parent == _root)
		{
			_root = subL;
			subL->_parent == nullptr;
		}
		else
		{
			if (pParent->_left == parent)
			{
				pParent->_left = subL;
			}
			else
			{
				pParent->_right = subL;
			}
			subL->_parent = parent;
		}
		subL->_bf = 0;
		parent->_bf = 0;
	}
	void RotateL(Node* parent)
	{
		Node* subR = parent->_right;
		Node* subRL = subR->_left;

		parent->_right = subRL;
		if (subRL)
			subRL->_parent = parent;
		Node* pParent = parent->_parent;
		subR->_left = parent;
		parent->_parent = subR;
		if (_root == parent)
		{
			_root = subR;
			subR->_parent = nullptr;
		}
		else
		{
			if (pParent->_left == parent)
				pParent->_left = subR;
			else
				pParent->_right = subR;
			subR->_parent = parent;
		}
		parent->_bf = 0;
		subR->_bf = 0;
	}
	void RotateLR(Node* parent)
	{
		Node* subL = parent->_left;
		Node* subLR = subL->_right;
		int bf = subLR->_bf;
		RotateL(parent->_left);
		RotateR(parent);

		if (bf == -1)
		{
			subL->_bf = 0;
			subLR->_bf = 0;
			parent->_bf = 1;
		}
		else if (bf == 1)
		{
			subL->_bf = 0;
			subLR->_bf = -1;
			parent->_bf = 0;
		}
		else if (bf == 0)
		{
			subL->_bf = 0;
			subLR->_bf = 0;
			parent->_bf = 0;
		}
		else
		{
			assert(false);
		}
	}
	void RotateRL(Node* parent)
	{
		Node* subR = parent->_right;
		Node* subRL = subR->_left;
		int bf = subRL->_bf;
		RotateR(parent->_right);
		RotateL(parent);
		if (bf == 1)
		{
			subR->_bf = 0;
			subRL->bf = 0;
			parent->_bf = -1;
		}
		else if (bf == -1)
		{
			subR->_bf = 1;
			subRL->bf = 0;
			parent->_bf = 0;
		}
		else if (bf == 0)
		{
			subR->_bf = 0;
			subRL->bf = 0;
			parent->_bf = 0;
		}
		else
		{
			assert(false);
		}
	}
	void InOrder()
	{
		_InOrder(_root);
		cout << endl;
	}
	int Height()
	{
		return _Height(_root);
	}
	int Size()
	{
		return _Size(_root);
	}
	bool IsBalanceTree()
	{
		return _IsBalanceTree(_root);
	}
	void Remove(const K& key)
	{
		Node* delNode = Find(key);
		if (delNode == nullptr)
			return;

		Node* replaceNode = nullptr;
		if (delNode->_left == nullptr || delNode->_right == nullptr)
			replaceNode = delNode;
		else
		{
			replaceNode = GetSuccessor(delNode);
		}

		Node* child = nullptr;
		if (replaceNode->_left != nullptr)
			child = replaceNode->_left;
		else
			child = replaceNode->_right;

		if (child != nullptr)
			child->_parent = replaceNode->_parent;

		if (replaceNode->_parent == nullptr)
			_root = child;
		else if (replaceNode == replaceNode->_parent->_left)
			replaceNode->_parent->_left = child;
		else
			replaceNode->_parent->_right = child;

		if (replaceNode != delNode)
			delNode->_kv = replaceNode->_kv;

		Node* parent = replaceNode->_parent;
		while (parent)
		{
			if (replaceNode == parent->_left)
				parent->_bf++;
			else
				parent->_bf--;

			if (parent->_bf == 1 || parent->_bf == -1)
			{
				replaceNode = parent;
				parent = replaceNode->_parent;
			}
			else if (parent->_bf == 0)
			{
				break;
			}
			else
			{
				if (parent->_bf == 2)
				{
					if (parent->_left->_bf >= 0)
					{
						RotateL(parent);
					}
					else
					{
						RotateLR(parent);
					}
				}
				else
				{
					if (parent->_right->_bf <= 0)
					{
						RotateR(parent);
					}
					else
					{
						RotateRL(parent);
					}
				}
				if (parent->_parent == nullptr)
					_root = parent;
				else
					parent = parent->_parent;
			}
		}

		delete replaceNode;
	}
private:
	void _InOrder(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return;
		_InOrder(root->_left);
		cout << root->_kv.first << ":" << root->_kv.second << endl;
		_InOrder(root->_right);
	}
	int _Height(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
		{
			return 0;
		}
		int Heightleft = _Height(root->_left);
		int Heightright = _Height(root->_right);
		return Heightleft > Heightright ? Heightleft + 1 : Heightright + 1;
	}
	int _Size(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return 0;
		return _Size(_root->_left) + _Size(_root->_right) + 1;
	}
	bool _IsBalanceTree(Node* root)
	{
		if (root == nullptr)
			return true;
		int leftHeight = _Height(root->_left);
		int rightHeight = _Height(root->_right);
		int diff = rightHeight - leftHeight;

		if (abs(diff) >= 2)
		{
			cout << "平衡因子异常:高度异常" << root->_kv.first << endl;
			return false;
		}
		if (root->_bf != diff)
		{
			cout << "平衡因子异常:高度异常" << root->_kv.first << endl;
			return false;
		}
		return  _IsBalanceTree(root->_left) && _IsBalanceTree(root->_right);
	}
private:
	Node* _root = nullptr;
};

八、总结

时间复杂度

  • 搜索、插入和删除操作
    在 AVL 树中，搜索、插入和删除操作的时间复杂度均为 O (log n)，其中 n 为树中节点的个数。这是因为 AVL 树始终保持平衡，树的高度始终保持在 O (log n) 级别，相比于普通二叉搜索树（在最坏情况下可能退化为链表，时间复杂度为 O (n)）具有更好的性能。

应用场景

  • 数据库索引
    AVL 树可用于数据库中的索引结构，能够快速地查找、插入和删除数据记录，提高数据库操作的效率。
    有序数据存储与检索
    在需要频繁进行查找、插入和删除操作的有序数据集合中，AVL 树是一种高效的数据结构选择，如某些文件系统中用于管理文件索引等。

AVL 树是一种自平衡二叉搜索树（Binary Search Tree）。它以发明者 Adelson - Velsky 和 Landis 的名字命名。

对于 AVL 树中的任意节点，其左子树和右子树的高度差(平衡因子)的绝对值不超过1。

二叉搜索树的学习：数据结构~二叉搜索树

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