高階資料結構 伸展樹(Splay Tree)

2021-09-25 22:33:53 字數 1170 閱讀 9893

伸展樹(splay tree)是一種二叉搜尋樹,它能在o(log n)內完成插入、查詢和刪除操作。它由daniel sleator和robert tarjan創造。它的優勢在於不需要記錄用於平衡樹的冗餘資訊。在伸展樹上的一般操作都基於伸展操作。

各種二叉搜尋樹存在不足。比如:對於乙個有n個節點的平衡二叉搜尋樹,雖然最壞情況下每次查詢的時間複雜度不會超過o(logn),但是如果訪問模式不均勻,平衡樹的效率就會受到影響。此外,它們還需要額外的空間來儲存平衡資訊(結點的高度)。

伸展樹對具有「資料區域性性」的資料單元來說,最為適合。

假設想要對乙個二叉搜尋樹執行一系列的查詢操作。為了使整個查詢時間更小,被查頻率高的那些條目就應當經常處於靠近樹根的位置。於是想到設計乙個簡單方法,在每次查詢之後對樹進行重構,把被查詢的條目搬移到離樹根近一些的地方。splay tree應運而生。splay tree是一種自調整形式的二叉搜尋樹,它會沿著從某個節點到樹根之間的路徑,通過一系列的旋轉把這個節點搬移到樹根去。

搬移至樹根:在查詢完位於節點x中的條目i之後,旋轉鏈結x和其父節點的邊,然後重複這個操作直至x成為樹根。

若從空樹開始依次插入關鍵碼,且其間採用如上調整策略,

則可得到如下圖所示的二叉搜尋樹。

如此分攤下來,每次訪問平均需要n時間。

且上圖a與f中二叉搜尋樹的結構完全相同。也就是說,經過以上連續的5次訪問之後,全樹的結構將會復原!

完全可以推廣至規模任意的二叉搜尋樹。於是對於規模為任意n的伸展樹, 只要按關鍵碼單調的次序,周期性地反覆進行查詢,則無論總的訪問次數m >> n有多大,就分攤意義而言,每次訪問都將需要n時間!

雙層伸展

可見,最深節點(1)被訪問之後再經過雙層調整,不僅同樣可將該節點伸展至樹根,而且同時可使樹的高度接近於減半。就樹的形態而言,雙層伸展策略可「智慧型」地「摺疊」被訪問的 子樹分支,從而有效地避免對長分支的連續訪問。這就意味著,即便節點v的深度為n,雙層 伸展策略既可將v推至樹根,亦可令對應分支的長度以幾何級數(大致折半)的速度收縮。

資料結構 Splay伸展樹 普通平衡樹

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