手植这棵自顶向下伸展树，何时亭亭如盖呢？

时间:2022-07-23
本文章向大家介绍手植这棵自顶向下伸展树，何时亭亭如盖呢？，主要内容包括其使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项，具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下。

文章目录
  • 前言
  • 自顶向下原理图
    • 说在前头
    • zig(单旋转)
    • zig-zig(一字型旋转)
    • zig-zag(之字型旋转)
    • 合并树
    • 我一直没看懂的示例
  • 自顶向下伸展树代码实现

前言

伸展树，解释起来真的很晕。先看一下我写的关于伸展树的理论部分吧：伸展树，据说比AVL树要简单一些。简单个球啊，写完了我还是晕晕的，所以又看了很久。

但是，总有那么一瞬，总有那么一句话，会让你茅塞顿开。 所以，我再简单讲一遍自顶向下伸展树原理，自底向上是真的，好理解，但是实现成本太高。

自顶向下原理图

说在前头

为了叙述的方便，上图的右旋叫做X绕Y右旋，左旋叫做Y绕X左旋。

当我们沿着树向下搜索某个节点X的时候，我们将搜索路径上的节点及其子树移走。我们构建两棵临时的树──左树和右树。没有被移走的节点构成的树称作中树。在伸展操作的过程中： 1、当前节点X是中树的根。 2、左树L保存小于X的节点。 3、右树R保存大于X的节点。 开始时候，X是树T的根，左右树L和R都是空的。

和自底向上一样，自顶向下也分了三种情况。

zig(单旋转)

如上图，在搜索到X的时候，所查找的节点比X小，将Y旋转到中树的树根。旋转之后，X及其右子树被移动到右树上。很显然，右树上的节点都大于所要查找的节点。注意X被放置在右树的最小的位置，也就是X及其子树比原先的右树中所有的节点都要小。这是由于越是在路径前面被移动到右树的节点，其值越大。读者可以分析一下树的结构，原因很简单。（就这句，给我点醒了）

通了一点之后，后面就好办了。

zig-zig(一字型旋转)

在这种情况下，所查找的节点在Z的子树中，也就是，所查找的节点比X和Y都小。所以要将X，Y及其右子树都移动到右树中。首先是Y绕X右旋，然后Z绕Y右旋，最后将Z的右子树（此时Z的右子节点为Y）移动到右树中。注意右树中挂载点的位置。

zig-zag(之字型旋转)

在这种情况中，首先将Y右旋到根。这和Zig的情况是一样的。然后变成上图右边所示的形状。接着，对Z进行左旋，将Y及其左子树移动到左树上。这样，这种情况就被分成了两个Zig情况。这样，在编程的时候就会简化，但是操作的数目增加（相当于两次Zig情况）。

合并树

将中树的左右子树分别连接到左树的右子树和右树的左子树上。将左右树作为X的左右子树。重新最成了一所查找的节点为根的树。

我一直没看懂的示例

下面是一个查找节点19的例子： 在例子中，树中并没有节点19,最后，距离节点最近的节点18被旋转到了根作为新的根。节点20也是距离节点19最近的节点，但是节点20没有成为新根，这和节点20在原来树中的位置有关系。

而一直困扰我的，就是第二步到第三步的转化，为什么要把20提上去，现在明白了。

自顶向下伸展树代码实现

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
	int size;  /* number of nodes in the tree */
             /* Not actually needed for any of the operations */
typedef struct tree_node Tree;
struct tree_node
{
    Tree * left, * right;
    int item;
};

Tree * splay (int i, Tree * t)
{
 /* Simple top down splay, not requiring i to be in the tree t.  */
 /* What it does is described above.                             */
    Tree N, *l, *r, *y;
    if (t == NULL)
        return t;
    N.left = N.right = NULL;
    l = r = &N;
    for (;;)
    {
        if (i < t->item)
        {
            if (t->left == NULL)
                break;
            if (i < t->left->item)
            {
                y = t->left;                           /* rotate right */
                t->left = y->right;
                y->right = t;
                t = y;
                if (t->left == NULL)
                    break;
            }
            r->left = t;                               /* link right */
            r = t;
            t = t->left;
        }     
        else if (i > t->item)
        {    
            if (t->right == NULL)
				break;
            if (i > t->right->item)
            {
                y = t->right;                          /* rotate left */
                t->right = y->left;
                y->left = t;
                t = y;
                if (t->right == NULL)
                    break;
            }
            l->right = t;                              /* link left */
            l = t;
            t = t->right;
        }     
        else 
            break;
    }
    l->right = t->left;                                /* assemble */
    r->left = t->right;
    t->left = N.right;
    t->right = N.left;
    return t;
}
/* Here is how sedgewick would have written this.                    */
/* It does the same thing.                                           */
Tree * sedgewickized_splay (int i, Tree * t)
{
    Tree N, *l, *r, *y;
    if (t == NULL)
        return t;
    N.left = N.right = NULL;
    l = r = &N;
    for (;;)
    {
        if (i < t->item)
        {
            if (t->left != NULL && i < t->left->item)
            {
                y = t->left;
                t->left = y->right;
                y->right = t;
                t = y;
	        }
            if (t->left == NULL)
                break;
            r->left = t;
            r = t;
            t = t->left;
        }
        else if (i > t->item)
        {
            if (t->right != NULL && i > t->right->item)
            {
                y = t->right;
                t->right = y->left;
                y->left = t;
                t = y;
            }
            if (t->right == NULL)
                break;
            l->right = t;
            l = t;
            t = t->right;
        }
        else
            break;
        }
    }
    l->right=t->left;
    r->left=t->right;
    t->left=N.right;
    t->right=N.left;
    return t;
}

Tree * insert(int i, Tree * t)
{
/* Insert i into the tree t, unless it's already there.    */
/* Return a pointer to the resulting tree.                 */
    Tree * new_node;
     
    new_node = (Tree *) malloc (sizeof (Tree));
    if (new_node == NULL)
    {
        printf("Ran out of spacen");
        exit(1);
    }
    new_node ->item = i;
    if (t == NULL)
    {
        new_node->left = new_node->right = NULL;
        size = 1;
        return new_node;
    }
    t = splay(i,t);
    if (i < t->item)
    {
        new_node->left = t->left;
        new_node->right = t;
        t->left = NULL;
        size ++;
        return new_node;
    }
    else if (i > t->item)
    {
        new_node->right = t->right;
        new_node->left = t;
        t->right = NULL;
        size++;
        return new_node;
    }
    else
    {
        /* We get here if it's already in the tree */
        /* Don't add it again                      */
        free(new_node);
        return t;
    }
}

Tree * delete(int i, Tree * t)
{
/* Deletes i from the tree if it's there.               */
/* Return a pointer to the resulting tree.              */
    Tree * x;
    if (t==NULL)
       return NULL;
    t = splay(i,t);
    if (i == t->item)
    {               /* found it */
        if (t->left == NULL)
            x = t->right;
        else
        {
            x = splay(i, t->left);
            x->right = t->right;
        }
        size--;
        free(t);
        return x;
    }
    return t;                         /* It wasn't there */
}

int main(int argv, char *argc[])
{
/* A sample use of these functions.  Start with the empty tree,         */
/* insert some stuff into it, and then delete it                        */
    Tree * root;
    int i;
    root = NULL;              /* the empty tree */
    size = 0;
    for (i = 0; i < 1024; i++)
    {
        root = insert((541*i) & (1023), root);
    }
    printf("size = %dn", size);
    for (i = 0; i < 1024; i++)
    {
        root = delete((541*i) & (1023), root);
    }
    printf("size = %dn", size);
}

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