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面试官问我:什么是 “伸展树” ?

脚本之家 2022-04-23

The following article is from 程序员小灰 Author Cat-shao

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出处:程序员小灰(ID:chengxuyuanxiaohui)

如若转载请联系原公众号


学过数据结构的小伙伴,一定都知道二叉查找树,也叫二叉排序树,英文缩写是BST。

为了维持二叉查找树的高效率查找,就需要对二叉查找树进行平衡调整。在数据结构当中大名鼎鼎的红黑树AVL,就是典型的自平衡二叉查找树。

今天,我们来介绍一种更有意思的自平衡二叉树:伸展树。它的英文名字是Splay Tree

Part 1 为什么要伸展

我们来回顾一下,二叉搜索树满足:左子结点 < 当前结点 < 右子结点 

为什么要有平衡树呢?因为当二叉搜索树如下图“瘸腿”时,搜索左侧的结点,原来的速度  会掉到 ,与链表一个速度,失去了价值。

为了避免树瘸腿,我们可以通过适当的旋转来调整树的结构。

伸展树的核心,是通过不断的将结点旋转到根结点(即为splay操作),来保证整棵树不会跟链表一样。它由 Daniel Sleator 和 Robert Tarjan 发明 。

1.1 结点

node中记录的信息:

  • parent:父结点的指针。
  • child[0/1]child[0]为左子结点的指针,child[1]为右子结点的指针。
  • value:这个结点存了啥。
  • count:二叉树中不存在两个值相同的结点,如果需要记录多个就需要一个变量来记录这个数值出现了多少次。(count就是来干这个活的)
  • size:这个结点为根结点的子树中有多少个结点。

基础操作:

  • maintain:更新结点的size。(更新要自底向上)
  • get:获取自己的类型,0为左子结点,1为右子结点。
  • connect: 连接两个结点。
class node {
  public:
      node *parent; // 父结点的指针
      node *child[2]; // child[0]为左子结点的指针,child[1]为右子结点的指针。
      int value, count, size; // 数据,出现次数,子树大小

      node(int _value) {
          value = _value;
          parent = child[0] = child[1] = NULL;
          count = size = 1;
      }
  };

我们把对指针是否为NULL提到了两个基础操作中,所以只能放在伸展树的类中。

destroy:销毁整个树。

因为结点使用的是堆空间(new出来的),所以必须要销毁(delete),否则会内存泄漏。

class splayTree {
public:

    node *root;
    
    splayTree() {
        root = NULL;
    }
    
    ~splayTree() {
        destroy(root); // 从root开始销毁
    }

    void destroy(node *current) // 销毁结点
        if (current) {
            destroy(current->child[0]); // 后序遍历
            destroy(current->child[1]);
            delete current;
        }
    }
    
    void maintain(node *current) // 更新size
        if (current == NULL) { // 可能传入的是一个空指针
            return;
        }
        current->size = current->count; // 先将自己加上
        if (current->child[0]) { // 防止没儿子,NULL,报错
            current->size += current->child[0]->size; // 加上儿子
        }
        if (current->child[1]) {
            current->size += current->child[1]->size;
        }
    }

    int get(node *current) // 获得结点是左结点还是右结点,0左1右
        if (current == NULL || current->parent == NULL) { // 传入空指针;根结点没有父亲,特判一下
            return -1;
        }
        return current->parent->child[1] == current; // 父亲的右子结点 是不是 自己
    }
    
    void connect(node *parent, node *current, int type) // 父结点指针,当前结点指针,类型(0左1右)
        if (parent) { // parent 可能为NULL
            parent->child[type] = current;
        }
        if (current) { // current 也可能为NULL
            current->parent = parent;
        }
    }
};

可能会有读者好奇:这个size是用来干什么的呢?别急,等到查询排名时就会用到。

1.2 左旋 & 右旋

通过旋转,我们能在保证旋转可以保证左子结点 < 当前结点 < 右子结点的情况下调整结点之间的关系。

旋转有两种定义

  1. 以x为根的子树进行旋转。
  2. 把x向上旋转。

1.2.1 以x为根的子树进行旋转

1.2.2 把x向上旋转

上面的动画使用文字叙述即为:

  • 左旋
  1. 将被旋转结点的左结点变为父结点的右结点。
  2. 父结点变为被旋转结点的左子结点
  3. 原父结点的父结点(爷爷)变为被旋转结点的父结点。
  • 右旋
    1. 将被旋转结点的右结点变为父结点的左结点。
    2. 父结点变为被旋转结点的右子结点
    3. 原父结点的父结点(爷爷)变为被旋转结点的父结点。

    虽然1、2两种旋转定义不同,但是只看移动这分明就是一种嘛。

    有细心的读者发现:左右旋的方式与AVL、红黑树等其他二叉树相同。
    因为这是唯一一种不改变中序遍历的旋转方式。

    左旋与右旋都不会改变中序遍历的结果,如上方动图,中序遍历始终为1 y 2 x 3

    除了举例论证,你也可以这样理解:

    这是因为左旋和右旋会保证旋转后的二叉树左子结点 < 当前结点 < 右子结点,因为旋转没有插入或删除结点,所以二叉树的中序遍历没变。

    1.2.3 合并左右旋

    想要合并左右旋,只能使用定义二:把x向上旋转。(原因见下)

    左旋和右旋虽然属于两种操作,但是细想想:
    一个结点不是左子结点,就是右子结点。因为我们要将结点向上旋转,所以每一个结点(除了根结点),只能朝一个方向旋转,也就是父结点的方向。

    所以可以将两种操作整合为一种:
    当被旋转的结点的类型为左子结点时,进行右旋
    当被旋转的结点的类型为右子结点时,进行左旋

    那么如何用一组代码来表达两种旋转呢?
    我们之前对child定义为数组,那么可以使用child[数值]来决定访问的是左结点还是右结点。在内嵌套get(...),可以得到与被旋转结点类型相同的子结点。

    如果get(...)得到的为0(左),怎样让其变成1(右),来访问右结点呢?
    这个问题等同于将get(...)取反。

    1. x ^ 1可以将0变1,1变0。
    2. !x,疑似可以,但get(...)的返回值为int型,不建议使用!

    下面这个动画对应左旋:

    由于旋转改变了父子关系,所以当前结点与父结点的size会发生变化,需要重新更新。
    旋转之后,父亲变为儿子,所以要先更新原父亲(被旋转结点在旋转前的父结点),后更新原儿子(被旋转结点)

    代码实现,注释中也藏了一些知识点(关于maintain的顺序):

    void rotate(node *current) {
        if (current == root || current == NULL) { // 根结点没有父结点,旋转不了;防止传入空指针后报错
            return;
        }
        node *parent = current->parent; // 爹爹
        node *grandParent = parent->parent; // 爷爷,可能是NULL
        int type = get(current); // 被旋转结点的类型,0为右旋,1为左旋
        int parentType = get(parent); // 爹爹的类型

        connect(parent, current->child[type ^ 1], type); // 将三角形的结点挂到父结点
        connect(current, parent, type ^ 1); // 儿子变父亲
        if (parent == root) { // 如果父结点为根结点,需要将根结点指针更新
            root = current;
        }
        connect(grandParent, current, parentType); // 爷爷认孙子为儿子

        maintain(parent); // 此时parent(父亲)变为最底层的结点了,对其先进行更新
        maintain(current); // parent结点更新之后,位于parent父亲位置的current进行更新
        // 为啥不更新 grandParent 呢?是因为旋转是在 grandParent 以下的位置进行的,子树大小无变化。
    }

    下面的splay采用定义2,也就是上面的实现。

    1.3 splay

    splay名字很高大上,其实很简单。
    splay其实就是将某一个结点经过几次旋转后达到根结点位置

    当前结点、父结点与爷爷结点的位置不同,向上旋转的方式也不同。

    前文,我们将左旋与右旋写到了一起,使用的定义是把x向上旋转,此时splay的逻辑如下:

    • 当前结点为x
    1. 如果x的父结点为根结点,直接对x进行旋转。
    2. 如果父结点不是根结点,且x与父结点的类型相同,对父结点进行旋转。
    3. 如果父结点不是根结点,且x与父结点的类型不同,对x进行旋转。
    void splay(node *current) {
        if (current == NULL || current->parent == NULL) { // 根结点没有父结点,会形成死循环;为current传入NULL以防万一
            return;
        }
        while (current->parent->parent) { // 父结点不是根结点(是根结点的话get(current->parent)无法正常执行)
            if (get(current) == get(current->parent)) { // 类型相同
                rotate(current->parent);
            } else {
                rotate(current);
            }
        }
        rotate(current); // 父亲为根结点,旋转自己篡位
    }

    1.4 查找

    find(value)用于查找一个结点,其数据与value相同。

    由于平衡树终究是在BST(二叉搜索树)之上进行变换,查找方式大体与BST相同:

    1. 如果当前结点的值小于要搜索的值:向右结点查找(右结点比当前结点大)
    2. 如果当前结点的值大于要搜索的值:向左结点查找(左结点比当前结点小)
    3. 如果两个值相等:恭喜你,找到结点了。

    其中,如果在向子结点查找时,发现子结点为空,那么必然找不到结点了。(1、2都是对目标值进行逼近,不存在结点存在只是没有被搜索的情况)

    可是伸展树有一个特性:在每执行完一次操作(查找、插入、删除等等)后都要对结点进行splay

    在查找这种操作中,被查找的结点需要在查找到后进行splay

    node* find(int value) {
        node *current = root; // 从根结点开始搜索
        while (current) {
            if (current->value < value) {
                current = current->child[1]; // 小了,往大了走
            } else if (current ->value > value) {
                current = current->child[0]; // 大了,往小了走
            } else { // 不大也不小不就是找到了吗?
                splay(current);
                return current;
            }
        }
        return NULL// 找不到结点,退出。(找到得到结点的话会在while循环就退出)
    }

    1.5 查询排名

    rank(value),值为value的结点的排名,为这个结点在中序遍历中排第几位。
    虽然排名为中序遍历的排名,但是我们并不需要对整个树进行中序遍历。
    排名可以看做:结点左面的结点个数 + 1(这个1对应它自己)

    由于我们事先不知道值value对应哪一个结点,所以我们需要将上文的find整合进来。
    维护一个变量leftSize,用于记录结点左侧共多少个结点,

    1. 如果当前结点的值大于要搜索的值:向左结点查找(左边没有结点,leftSize不改变)
    2. 这个时候果断将leftSize += 左子树大小,因为目标结点不是在当前结点就是在右结点,这两种情况都约过了左子树。
      如果两个值相等,那么就是找到了,将leftSize += 1,对找到的结点进行splay,返回leftSize。(+ 1是自己的)
    3. 2没有返回目标结点必然在右子树,leftSize += 当前结点的count向右结点查找吧。
    int rankOfNode(int value) {
        // 这里传入的value为被查询排名的结点的value
        node *current = root; // 从根结点开始搜索
        int leftSize = 0// 左侧的所有结点总和
        while (current) {
            if (value < current->value) { // 目标结点小于当前结点,向左走
                current = current->child[0];
            } else {
                // 无论是目标结点为当前结点,还是在右子树,都跨过了左子树
                if (current->child[0]) { // 可能没有左子树
                    leftSize += current->child[0]->size;
                }

                if (value == current->value) {
                    leftSize += 1// 加上自己的。你就想最左边结点leftSize = 0,可是排名是1
                    splay(current);
                    return leftSize;
                }
                // 找到结点的话会return,所以这里必然是目标结点大,向右走
                leftSize += current->count; // 把当前结点越过,加上
                current = current->child[1]; // 这个current变到右子结点是必须放在最后的,否则前面会乱
            }
        }
        return -1// 找不到结点,输出-1
    }

    1.6 查询排名为rank的结点

    当我们知道了排名,怎样找对应的结点呢?

    勘误:动画中判断应为rank <= 0,而非rank == 0。由于例子中所有结点的count都为1,所以表面看来没有问题。

    我们设 以当前结点为根结点的树中,需要查询排名为rank

    1.如果rank > 左子树的size

    • 那么目标结点只能存在于当前结点与右子树之间。我们对rank -= 左子树的size + 当前结点的count
      • 如果此时rank <= 0,那么目标结点就在根结点。(一个极端例子,第一个结点的count为999,1 ~ 999都对应了这一个结点,rank -= count就会出现负数)
      • 如果此时rank > 0,那么目标结点还在右结点,把当前结点设置为右结点,整个过程再来一遍。

    2.如果rank <= 左子树的size

    • 那么目标结点肯定藏匿于左子树,将目标结点设置为左结点,再来一遍。

    向右走,越过了左子树的所有结点与当前结点,所以要对rank减越过的结点。
    向左走,越过了空气什么也没有越过,故rank不动。

    因为rank在做完减法后就会判断是否为小于0,小于0就退出了。所以其余时间里rank > 0

    node* nodeOfRank(int rank) {
        node *current = root; // 从根结点查找
        while (current) {
            if ((current->child[0] && rank > current->child[0]->size) || current->child[0] == NULL) {
                // 1. 左子树存在,rank > 且左子树大小
                // 2. 左子树不存在,大小可看做0。因为rank > 0,所以无需判断可知 rank > 左子树大小。
                if (current->child[0]) {
                    rank -= current->child[0]->size;
                }
                rank -= current->count;

                if (rank <= 0) {
                    splay(current);
                    return current;
                }
                current = current->child[1]; // 不是在左子树、当前结点,就是在右子树呗
            } else {
                current = current->child[0]; // 目标结点在左子树
            }
        }
        return NULL;
    }

    1.7 前趋后继

    前趋pre:比查询结点小的最大结点。
    后继next:比查询结点大的最小结点。

    由于结点的左子树任意一个结点都比当前结点小,在左子树中取最大的结点即为前趋
    后继同理,右子树任意一个结点都比当前结点大,在右子树中取最小的结点即为后继

    取最大值最小值与BST相同:
    最大:找树的最右侧结点。(右 > 中 > 左)
    最小:找树的最左侧结点。(左 < 中 < 右)

    node* preNext(int type, node *current) // 0为前趋,1为后继
        if (current == NULL) {
            return NULL;
        }

        splay(current);
        current = current->child[type]; // 如果current没有左结点,那么current会变为NULL
        while (current && current->child[type ^ 1]) { // current->child[1]用来避免current为NULL
            current = current->child[type ^ 1];
        }
        splay(current);
        return current;
    }

    1.8 插入

    插入有三种情况:

    1. 整棵树是空的,root为NULL,这种情况下我们直接将结点放在root的位置即可。
    2. 在树的已有结点中存在新插入的值,由于二叉搜索树中不能出现两个值一样的结点,所以对已有的结点的count加1即可。
    3. 树中没有这个新插入的值,那么我们需要找到合适的位置,在插入后进行splay

    第三种情况:

    1. find的过程一样,当前结点小于插入值向右子树查找,当前结点大于插入值向左查找(等于就属于第二种情况了),直到当前结点为NULL,找到一个空位置。(这里我们需要记录当前结点的parent,因为NULL结点是记录不了信息的)
    2. 连接 NULL位置的父结点 与 插入的结点。
    3. splay插入结点。
    node* insert(int value) {
        if (root == NULL) {
            root = new node(value);
            return root;
        }
        node *current = root;
        node *parent = current->parent;
        int type; // 类型
        while (current) { // 和查找一模一样
            if (current->value < value) {
                parent = current;
                current = current->child[1];
                type = 1;
            } else if (current->value > value) {
                parent = current;
                current = current->child[0];
                type = 0;
            } else { // 已经有相同结点了,将其count++即可。
                current->count ++;
                splay(current);
                return current;
            }
        }
        current = new node(value);
        connect(parent, current, type);
        splay(current);
        return current;
    }

    1.9 合并两棵树

    合并两棵树,我们设它们的根结点分别为xy
    要使两棵树能够合并,x中的最大值要小于y中的最小值。

    合并过程:

    1. xy有一个树是空的,返回不是空的那个。
    2. xy均不为空。
      1. splay x中的最大值。
      2. 此时x的根结点的右子树为空,将y作为x的右子树(因为右 > 中 > 左x的最大值还在根结点,没有比最大值还有大的了,所有右侧没有结点)

    合并操作需要在删除中遇到,动画与实现均在删除中。

    1.10 删除

    删除过程:

    1. 我们首先将被删除的结点进行splay
    2. 销毁被删除结点,与左右子树断开联系。
    3. 合并两棵树(右合并到左)
    // 求以current为根的树的最大与最小值
    node* minMax(int type, node *current) // type == 0为min,type == 1为max
        while (current->child[type]) {
            current = current->child[type];
        }
        splay(current);
        return current;
    }

    void remove(node *current) {
        splay(current);
        if (current->count >= 2) {
            current->count --;
            return;
        }
        node *left = current->child[0];
        node *right = current->child[1];
        if (left) {
            left->parent = NULL;
        }
        if (right) {
            right->parent = NULL;
        }
        delete current;
        if (left && right) { // 两个都有
            left = minMax(1, left); // 求最大值最小值时默认进行了splay
            right = minMax(0, right);
            connect(left, right, 1);
            root = left;
        } else {
            if (left) { // 只有左结点
                root = left;
            } else { // 只有右结点,或者两个都没有。两个都没有right为NULL,root就变成NULL了
                root = right;
            }
        }
    }

    1.11 代码

    LOJ上的普通平衡树[2]

    我们上述的几种操作个个对应题目需要。但是当我们仔细读题:

    求  的前趋(前趋定义为小于 ,且最大的数);
    求  的后继(后继定义为大于 ,且最小的数)。

    本文中的前趋后继为结点的前一个与后一个,而题目中  可能不存在,怎么办呢?
    简单!将x插入到树中,进行查询,随后再删除不就行了吗?

    完整代码如下,LOJ中不开优化测评记录[3]

    //
    // Created by Cat-shao on 2021/5/8.
    //

    #include <cstdio>
    #include <algorithm>
    #include <deque>

    using namespace std;

    class splayTree {
    public:
        class node {
        public:
            node *parent; // 父结点的指针
            node *child[2]; // child[0]为左子结点的指针,child[1]为右子结点的指针。
            int value, count, size; // 数据,出现次数,子树大小

            node(int _value) {
                value = _value;
                parent = child[0] = child[1] = NULL;
                count = size = 1;
            }
        };

        node *root;

        splayTree() {
            root = NULL;
        }

        ~splayTree() {
            destroy(root);
        }

        void destroy(node *current) {
            if (current) {
                destroy(current->child[0]);
                destroy(current->child[1]);
                delete current;
            }
        }

        void maintain(node *current) // 更新size
            if (current == NULL) { // 可能传入的是一个空指针
                return;
            }
            current->size = current->count; // 先将自己加上
            if (current->child[0]) { // 防止没儿子,NULL,报错
                current->size += current->child[0]->size; // 加上儿子
            }
            if (current->child[1]) {
                current->size += current->child[1]->size;
            }
        }

        int get(node *current) // 获得结点是左结点还是右结点,0左1右
            if (current == NULL || current->parent == NULL) { // 传入空指针;根结点没有父亲,特判一下
                return -1;
            }
            return current->parent->child[1] == current; // 父亲的右子结点 是不是 自己
        }

        void connect(node *parent, node *current, int type) // 父结点指针,当前结点指针,类型(0左1右)
            if (parent) { // parent 可能为NULL
                parent->child[type] = current;
            }
            if (current) { // current 也可能为NULL
                current->parent = parent;
            }
        }

        void rotate(node *current) {
            if (current == root || current == NULL) { // 根结点没有父结点,旋转不了;防止传入空指针后报错
                return;
            }
            node *parent = current->parent; // 爹爹
            node *grandParent = parent->parent; // 爷爷,可能是NULL
            int type = get(current); // 被旋转结点的类型,0为右旋,1为左旋
            int parentType = get(parent); // 爹爹的类型

            connect(parent, current->child[type ^ 1], type); // 将三角形的结点挂到父结点
            connect(current, parent, type ^ 1); // 儿子变父亲
            if (parent == root) { // 如果父结点为根结点,需要将根结点指针更新
                root = current;
            }
            connect(grandParent, current, parentType); // 爷爷认孙子为儿子

            maintain(parent); // 此时parent(父亲)变为最底层的结点了,对其先进行更新
            maintain(current); // parent结点更新之后,位于parent父亲位置的current进行更新
            // 为啥不更新 grandParent 呢?是因为旋转是在 grandParent 以下的位置进行的,子树大小无变化。
        }

        void splay(node *current) {
            if (current == NULL || current->parent == NULL) { // 根结点没有父结点,会形成死循环;为current传入NULL以防万一
                return;
            }
            while (current->parent->parent) { // 父结点不是根结点(是根结点的话get(current->parent)无法正常执行)
                if (get(current) == get(current->parent)) { // 类型相同
                    rotate(current->parent);
                } else {
                    rotate(current);
                }
            }
            rotate(current); // 父亲为根结点,旋转自己篡位
        }

        node* find(int value) {
            node *current = root; // 从根结点开始搜索
            while (current) {
                if (current->value < value) {
                    current = current->child[1]; // 小了,往大了走
                } else if (current->value > value) {
                    current = current->child[0]; // 大了,往小了走
                } else { // 不大也不小不就是找到了吗?
                    splay(current);
                    return current;
                }
            }
            return NULL// 找不到结点,退出。(找到得到结点的话会在while循环就退出)
        }

        int rankOfNode(int value) {
            // 这里传入的value为被查询排名的结点的value
            node *current = root; // 从根结点开始搜索
            int leftSize = 0// 左侧的所有结点总和
            while (current) {
                if (value < current->value) { // 目标结点小于当前结点,向左走
                    current = current->child[0];
                } else {
                    // 无论是目标结点为当前结点,还是在右子树,都跨过了左子树
                    if (current->child[0]) { // 可能没有左子树
                        leftSize += current->child[0]->size;
                    }

                    if (value == current->value) {
                        leftSize += 1// 加上自己的。你就想最左边结点leftSize = 0,可是排名是1
                        splay(current);
                        return leftSize;
                    }
                    // 找到结点的话会return,所以这里必然是目标结点大,向右走
                    leftSize += current->count; // 把当前结点越过,加上
                    current = current->child[1]; // 这个current变到右子结点是必须放在最后的,否则前面会乱
                }
            }
            return -1// 找不到结点,输出-1
        }

        node* nodeOfRank(int rank) {
            node *current = root; // 从根结点查找
            while (current) {
                if ((current->child[0] && rank > current->child[0]->size) || current->child[0] == NULL) {
                    // 1. 左子树存在,rank > 且左子树大小
                    // 2. 左子树不存在,大小可看做0。因为rank > 0,所以无需判断可知 rank > 左子树大小。
                    if (current->child[0]) {
                        rank -= current->child[0]->size;
                    }
                    rank -= current->count;

                    if (rank <= 0) {
                        splay(current);
                        return current;
                    }
                    current = current->child[1]; // 不是在左子树、当前结点,就是在右子树呗
                } else {
                    current = current->child[0]; // 目标结点在左子树
                }
            }
            return NULL;
        }

        node* preNext(int type, node *current) // 0为前趋,1为后继
            if (current == NULL) {
                return NULL;
            }

            splay(current);
            current = current->child[type]; // 如果current没有左结点,那么current会变为NULL
            while (current && current->child[type ^ 1]) { // current->child[1]用来避免current为NULL
                current = current->child[type ^ 1];
            }
            splay(current);
            return current;
        }

        node* insert(int value) {
            if (root == NULL) {
                root = new node(value);
                return root;
            }
            node *current = root;
            node *parent = current->parent;
            int type; // 类型
            while (current) { // 和查找一模一样
                if (current->value < value) {
                    parent = current;
                    current = current->child[1];
                    type = 1;
                } else if (current->value > value) {
                    parent = current;
                    current = current->child[0];
                    type = 0;
                } else { // 已经有相同结点了,将其count++即可。
                    current->count ++;
                    splay(current);
                    return current;
                }
            }
            current = new node(value);
            connect(parent, current, type);
            splay(current);
            return current;
        }

        node* minMax(int type, node *current) // type == 0为min,type == 1为max
            while (current->child[type]) {
                current = current->child[type];
            }
            splay(current);
            return current;
        }

        void remove(node *current) {
            splay(current);
            if (current->count >= 2) {
                current->count --;
                return;
            }
            node *left = current->child[0];
            node *right = current->child[1];
            if (left) {
                left->parent = NULL;
            }
            if (right) {
                right->parent = NULL;
            }
            delete current;
            if (left && right) { // 两个都有
                left = minMax(1, left); // 求最大值最小值时默认进行了splay
                right = minMax(0, right);
                connect(left, right, 1);
                root = left;
            } else {
                if (left) { // 只有左节点
                    root = left;
                } else { // 只有右节点,或者两个都没有。两个都没有right为NULL,root就变成NULL了
                    root = right;
                }
            }
        }
    };

    void LOJ104()
    {
        int n, opt, x;
        splayTree tree = splayTree();

        scanf("%d", &n);
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            scanf("%d%d", &opt, &x);
            switch (opt) {
                case 1: tree.insert(x); break;
                case 2: tree.remove(tree.find(x)); break;
                case 3printf("%d\n", tree.rankOfNode(x)); break;
                case 4printf("%d\n", tree.nodeOfRank(x)->value); break;
                case 5:
                    tree.insert(x);
                    printf("%d\n", tree.preNext(0, tree.find(x))->value);
                    tree.remove(tree.find(x));
                    break;
                case 6:
                    tree.insert(x);
                    printf("%d\n", tree.preNext(1, tree.find(x))->value);
                    tree.remove(tree.find(x));
                    break;
            }
        }
    }

    int main()
    {
        LOJ104();
    }

    1.12 时间复杂度

    伸展树可视化[4](需要将网址复制到浏览器中,网址见页脚)

    在学完了伸展树的基础操作之后,我们发现主要是splay来维护整个二叉树平衡,然而splay后的树并不平衡。

    伸展树的时间复杂度是均摊的 ,Tarjan是怎么将这个复杂度算出来的呢?

    你百度一下,就会看见很多人使用了势函数来证明。

    身为一个蒟蒻,我无法证明。可是,经过测试,伸展树与其他平衡树的速度大同小异。

    1.13 与其他平衡树比较

    红黑树AVLfhq treapsplay(伸展树)
    速度最快最平衡,查找最快代码最好打

    这么看伸展树就一打酱油的,那这个东西到底有什么意义呢?

    伸展树的优势在于操作多

    欲知后事如何,且听下回分解!


    参考与鸣谢

    1. OI Wiki[5]:OIer的算法wiki,知识点全面但是小白看不懂,大家可以收藏。
    2. KHIN[6]:问了KH很多问题,受益颇多。
    3. manim幼儿园[7]:本文所有的动画皆为manim所做,manim幼儿园的视频教程十分详细。

    伸展树算法偏难,你若有什么问题,欢迎回复,或者在LOJ的讨论[8]中发出你的观点。

    讨论中可能会跟进一些内容(如前趋后继的更好实现、勘误)。

    参考资料

    [1]

    splay tree demo: https://www.link.cs.cmu.edu/splay/

    [2]

    LOJ上的普通平衡树: https://loj.ac/p/104

    [3]

    LOJ中不开优化测评记录: https://loj.ac/s/1141137

    [4]

    伸展树可视化: https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/SplayTree.html

    [5]

    OI Wiki: https://oi-wiki.org/ds/splay/#_11

    [6]

    KHIN: https://www.luogu.com.cn/user/236807

    [7]

    manim幼儿园: https://manim.wiki/

    [8]

    LOJ的讨论: https://loj.ac/d/3181

    年轻人该不该躺平?

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