替罪羊树通过选择合适的平衡因子α(通常为0.7)在平衡性与重构频率间权衡,其核心实现包括节点定义、插入、删除和重构操作;js中可通过缓存子树大小、非递归遍历和懒删除等优化提升性能,相比红黑树和avl树,替罪羊树实现简单但最坏情况时间复杂度为o(n),适合查询频繁、维护成本敏感的场景。

替罪羊树,顾名思义,就是当树“犯错”的时候,我们不是像红黑树那样努力修复它,而是直接把“替罪羊”节点及其以上的子树全部拍扁重建。听起来有点暴力,但实现起来反而比那些精细调整的平衡树简单不少。平衡因子的控制,决定了我们多久需要“宰羊”一次。
直接说解决方案吧,JS实现替罪羊树的核心在于节点定义、插入、删除和重构这几个操作。
class GoatNode {
constructor(key, value) {
this.key = key;
this.value = value;
this.left = null;
this.right = null;
this.size = 1; // 子树大小,包括自身
}
}
class GoatTree {
constructor(alpha = 0.7) {
this.root = null;
this.size = 0;
this.alpha = alpha; // 平衡因子,通常取0.5 < alpha < 1
}
// 更新节点大小
updateSize(node) {
if (node) {
node.size = 1 + (node.left ? node.left.size : 0) + (node.right ? node.right.size : 0);
}
}
// 插入节点
insert(key, value) {
const newNode = new GoatNode(key, value);
if (!this.root) {
this.root = newNode;
this.size = 1;
return;
}
let parent = null;
let current = this.root;
let culprit = null; // 替罪羊节点
while (current) {
parent = current;
current.size++; // 沿途更新size
if (key < current.key) {
if (!current.left) {
current.left = newNode;
break;
}
current = current.left;
} else {
if (!current.right) {
current.right = newNode;
break;
}
current = current.right;
}
// 检查是否失衡
if (current.size > 1 && (current.left && current.left.size > this.alpha * current.size || current.right && current.right.size > this.alpha * current.size)) {
culprit = current;
}
}
this.size++;
// 找到替罪羊,重构
if (culprit) {
this.rebuild(culprit);
}
}
// 删除节点(懒删除,仅标记)
delete(key) {
// 简化版,实际应用中需要考虑懒删除或物理删除
// 这里仅作为示例,不完整实现删除
let node = this.search(key);
if(node){
// 找到节点,可以标记为已删除,或者直接物理删除并重构
// 物理删除更复杂,需要考虑子节点
this.size--;
}
}
// 搜索节点
search(key) {
let current = this.root;
while (current) {
if (key === current.key) {
return current;
} else if (key < current.key) {
current = current.left;
} else {
current = current.right;
}
}
return null;
}
// 中序遍历,用于拍扁树
flatten(node, array = []) {
if (!node) return array;
this.flatten(node.left, array);
array.push(node);
this.flatten(node.right, array);
return array;
}
// 从排序数组构建平衡树
buildBalancedTree(array, start, end) {
if (start > end) return null;
const mid = Math.floor((start + end) / 2);
const node = array[mid];
node.left = this.buildBalancedTree(array, start, mid - 1);
node.right = this.buildBalancedTree(array, mid + 1, end);
this.updateSize(node); // 重要:更新节点大小
return node;
}
// 重构子树
rebuild(node) {
const parent = this.findParent(node.key, this.root); // 找到替罪羊的父节点
const flattened = this.flatten(node); // 拍扁子树
const rebuiltSubtree = this.buildBalancedTree(flattened, 0, flattened.length - 1); // 重建平衡树
if (!parent) {
this.root = rebuiltSubtree; // 如果替罪羊是根节点
} else if (node.key < parent.key) {
parent.left = rebuiltSubtree;
} else {
parent.right = rebuiltSubtree;
}
this.updateSize(parent); // 更新父节点的大小
}
// 找到节点的父节点
findParent(key, node, parent = null) {
if (!node) return null;
if (node.key === key) return parent;
if (key < node.key) {
return this.findParent(key, node.left, node);
} else {
return this.findParent(key, node.right, node);
}
}
}alpha
alpha
alpha
0.5 < alpha < 1
0.7
alpha
替罪羊树的平均时间复杂度是O(log n),插入和删除的最坏情况是O(n)。空间复杂度是O(n)。
与其他平衡树(如AVL树、红黑树)相比,替罪羊树的实现复杂度较低,但性能稳定性稍差。红黑树的实现较为复杂,但性能更稳定,最坏情况下的时间复杂度也是O(log n)。AVL树的平衡性最好,查询效率最高,但插入和删除操作的维护代价也最高。
总的来说,替罪羊树是一种简单而有效的平衡树实现,特别适合对实现复杂度有要求的场景。通过合理的平衡因子选择和优化策略,可以获得不错的性能。
以上就是JS如何实现替罪羊树?平衡因子的控制的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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