数据结构-平衡二叉树Java实现

1,Node.java

 package com.cnblogs.mufasa.BalanceBinaryTree;
 
 public class Node {
     Node parent;
     Node leftChild;
     Node rightChild;
     int val;
     public Node(Node parent, Node leftChild, Node rightChild,int val) {
         super();
         this.parent = parent;
         this.leftChild = leftChild;
         this.rightChild = rightChild;
         this.val = val;
     }
 
     public Node(int val){
         this(null,null,null,val);
     }
 
     public Node(Node node,int val){
         this(node,null,null,val);
     }
 }

图1 Node.java结构图

2,BalanceBinaryTree.java

 package com.cnblogs.mufasa.BalanceBinaryTree;
 
 import java.util.LinkedList;
 import java.util.Queue;
 
 public class BalanceBinaryTree {
     private final static int LEFT=0;
     private final static int RIGHT=1;
     private Node root;
     private int size;
     public BalanceBinaryTree(){
         super();
     }
 
     //LL型非平衡树，右旋转
     public Node rightRotation(Node node){
         System.out.println(node.val+"右旋");
         if(node != null){
             Node leftChild = node.leftChild;// 用变量存储node节点的左子节点
             node.leftChild = leftChild.rightChild;// 将leftChild节点的右子节点赋值给node节点的左节点
             if(leftChild.rightChild != null){// 如果leftChild的右节点存在，则需将该右节点的父节点指给node节点
                 leftChild.rightChild.parent = node;
             }
             leftChild.parent = node.parent;
             if(node.parent == null){// 即表明node节点为根节点
                 this.root = leftChild;
             }else if(node.parent.rightChild == node){// 即node节点在它原父节点的右子树中
                 node.parent.rightChild = leftChild;
             }else if(node.parent.leftChild == node){
                 node.parent.leftChild = leftChild;
             }
             leftChild.rightChild = node;
             node.parent = leftChild;
             return leftChild;
         }
         return null;
     }
 
     //RR型非平衡树，左旋
     public Node leftRotation(Node node){
         System.out.println(node.val+"左旋");
         if(node != null){
             Node rightChild = node.rightChild;
             node.rightChild = rightChild.leftChild;
             if(rightChild.leftChild != null){
                 rightChild.leftChild.parent = node;
             }
             rightChild.parent = node.parent;
             if(node.parent == null){
                 this.root = rightChild;
             }else if(node.parent.rightChild == node){
                 node.parent.rightChild = rightChild;
             }else if(node.parent.leftChild == node){
                 node.parent.leftChild = rightChild;
             }
             rightChild.leftChild = node;
             node.parent = rightChild;
 
         }
         return null;
     }
 
     //添加新元素
     public boolean put(int val){
         return putVal(root,val);
     }
     private boolean putVal(Node node,int val){
         if(node == null){// 初始化根节点
             node = new Node(val);
             root = node;
             size++;
             return true;
         }
         Node temp = node;
         Node p;
         int t;
         /**
          * 通过do while循环迭代获取最佳节点，
          */
         do{
             p = temp;
             t = temp.val-val;
             if(t > 0){
                 temp = temp.leftChild;
             }else if(t < 0){
                 temp = temp.rightChild;
             }else{
                 temp.val = val;//插入数值有相同数据，不符合要求
                 return false;
             }
         }while(temp != null);
 
         Node newNode = new Node(p, val);
         if(t > 0){
             p.leftChild = newNode;
         }else if(t < 0){
             p.rightChild = newNode;
         }
         rebuild(p);// 使二叉树平衡的方法，优化平衡
         size++;
         return true;
     }
 
     //平衡二叉树优化节点
     private void rebuild(Node p){
         while(p != null){
             if(calcNodeBalanceValue(p) == 2){// 说明左子树高，需要右旋或者 先左旋后右旋
                 fixAfterInsertion(p,LEFT);// 调整操作
             }else if(calcNodeBalanceValue(p) == -2){// 说明右子树高
                 fixAfterInsertion(p,RIGHT);
             }
             p = p.parent;
         }
     }
 
     //计算二叉树平衡因子①
     private int calcNodeBalanceValue(Node node){
         if(node != null){
             return getHeightByNode(node);
         }
         return 0;
     }
 
     //计算二叉树平衡因子②
     public int getHeightByNode(Node node){
         if(node == null){//多余
             return 0;
         }
         return getChildDepth(node.leftChild)-getChildDepth(node.rightChild);
     }
 
     // 计算node节点的高度，递归调用
     public int getChildDepth(Node node){
         if(node == null){
             return 0;
         }
         return 1+Math.max(getChildDepth(node.leftChild),getChildDepth(node.rightChild));
     }
 
     /**
      * 调整树结构，先后顺序需要换一下，先判断LR型和RL型进行二次旋转
      * @param p
      * @param type
      */
     private void fixAfterInsertion(Node p, int type) {
         if(type == 0){//需要右旋或者 先左旋后右旋
             final Node leftChild = p.leftChild;
             if(leftChild.rightChild != null){// 先左旋后右旋
                 leftRotation(leftChild);
                 rightRotation(p);
             }else if(leftChild.leftChild != null){//右旋
                 rightRotation(p);
             }
 
         }else{
             final Node rightChild = p.rightChild;
             if(rightChild.leftChild != null){// 先右旋，后左旋
                 rightRotation(p);
                 leftRotation(rightChild);
             }else if(rightChild.rightChild != null){// 左旋
                 leftRotation(p);
             }
         }
     }
 
     //删除元素
     public boolean delete(int val){
         Node node = getNode(val);//搜索这个节点的数值
         if(node == null){
             return false;
         }
         boolean flag = false;
         Node p = null;
         Node parent = node.parent;
         Node leftChild = node.leftChild;
         Node rightChild = node.rightChild;
         //以下所有父节点为空的情况，则表明删除的节点是根节点
         if(leftChild == null && rightChild == null){//没有子节点
             if(parent != null){
                 if(parent.leftChild == node){
                     parent.leftChild = null;
                 }else if(parent.rightChild == node){
                     parent.rightChild = null;
                 }
             }else{//不存在父节点，则表明删除节点为根节点
                 root = null;
             }
             p = parent;
             node = null;
             flag =  true;
         }else if(leftChild == null && rightChild != null){// 只有右节点
             if(parent != null && parent.val > val){// 存在父节点，且node位置为父节点的左边
                 parent.leftChild = rightChild;
             }else if(parent != null && parent.val < val){// 存在父节点，且node位置为父节点的右边
                 parent.rightChild = rightChild;
             }else{
                 root = rightChild;
             }
             p = parent;
             node = null;
             flag =  true;
         }else if(leftChild != null && rightChild == null){// 只有左节点
             if(parent != null && parent.val > val){// 存在父节点，且node位置为父节点的左边
                 parent.leftChild = leftChild;
             }else if(parent != null && parent.val < val){// 存在父节点，且node位置为父节点的右边
                 parent.rightChild = leftChild;
             }else{
                 root = leftChild;
             }
             p = parent;
             flag =  true;
         }else if(leftChild != null && rightChild != null){// 两个子节点都存在
             Node successor = getSuccessor(node);// 这种情况，一定存在后继节点
             int temp = successor.val;
             boolean delete = delete(temp);
             if(delete){
                 node.val = temp;
             }
             p = successor;
             successor = null;
             flag =  true;
         }
         if(flag){
             rebuild(p);
         }
         return flag;
     }
 
     /**
      * 搜索节点
      * @param val
      * @return
      */
     public Node getNode(int val){
         Node temp = root;
         int t;
         do{//直接使用循环遍历的方法
             t = temp.val-val;
             if(t > 0){
                 temp = temp.leftChild;
             }else if(t < 0){
                 temp = temp.rightChild;
             }else{
                 return temp;
             }
         }while(temp != null);
         return null;
     }
 
     //获取后继节点
     private Node getSuccessor(Node node){
         if(node.rightChild != null){
             Node rightChild = node.rightChild;
             while(rightChild.leftChild != null){
                 rightChild = rightChild.leftChild;
             }
             return rightChild;
         }
         Node parent = node.parent;
         while(parent != null && (node == parent.rightChild)){
             node = parent;
             parent = parent.parent;
         }
         return parent;
     }
 
     /**
      * 平衡二叉树节点遍历
      * @param type  0前序，1中序，2后续，3层序
      */
     public void print(int type){
         if(type==0){//前序
             printPre(root);
         }else if(type==1){
             printMid(root);
         }else if(type==2){
             printEnd(root);
         }else if(type==3){
             printLevel(root);
         }
     }
 
     //前序遍历
     private void printPre(Node root){
         if(root != null){
             System.out.println(root.val);// 位置在中间，则中序，若在前面，则为先序，否则为后续
             printPre(root.leftChild);
             printPre(root.rightChild);
         }
     }
 
     //中序遍历
     private void printMid(Node root){
         if(root != null){
             printMid(root.leftChild);
             System.out.println(root.val);// 位置在中间，则中序，若在前面，则为先序，否则为后续
             printMid(root.rightChild);
         }
     }
 
     //后序遍历
     private void printEnd(Node root){
         if(root != null){
             printEnd(root.leftChild);
             printEnd(root.rightChild);
             System.out.println(root.val);// 位置在中间，则中序，若在前面，则为先序，否则为后续
         }
     }
 
     //层次遍历
     private void printLevel(Node root){
         if(root == null){
             return;
         }
         Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
         Node temp = null;
         queue.add(root);
         while(!queue.isEmpty()){
             temp = queue.poll();
             System.out.print("节点值："+temp.val+",平衡值:"+calcNodeBalanceValue(temp)+"\n");
             if(temp.leftChild != null){
                 queue.add(temp.leftChild);
             }
             if(temp.rightChild != null){
                 queue.add(temp.rightChild);
             }
         }
     }
 }

图2，BalanceBinaryTree.java结构图

3,JavaDemo.java

 package com.cnblogs.mufasa.BalanceBinaryTree;
 
 public class JavaDemo {
     public static void main(String[] args) {
         BalanceBinaryTree bbt=new BalanceBinaryTree();
 //        bbt.put(10);
 //        bbt.put(9);
 //        bbt.put(11);
 //        bbt.put(7);
 //        bbt.put(12);
 //        bbt.put(8);
 //        bbt.put(38);
 //        bbt.put(24);
 //        bbt.put(17);
 //        bbt.put(4);
 //        bbt.put(3);
 
         bbt.put(11);
         bbt.put(7);
         bbt.put(15);
         bbt.put(4);
         bbt.put(9);
         bbt.put(10);
         bbt.print(3);
     }
 }

4，特别鸣谢

https://www.cnblogs.com/qm-article/p/9349681.html