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算法导论b树

发布时间:2023-02-01 21:57:39

1. 准备acm的同学应该如何阅读《算法导论》,还有对于课后的习题和思考题应该如何对待怎么处理好在线评测系

不得不说你问题问的很大,很大。。。
其实你可以去看看刘汝佳的黑书,那本对IO,ACM等都说了可也看到什么档次,然后知道自己哪方面不会了,有针对的分块去看算法,比如图论的最短路,就几本书联合着看,边看边A题。《算法导论》是一本很好的算法树,但不是一本ACM资料书,这个你要分清楚,其实前期你看那些高级的数据结构比如红黑树,B树,很少用到的,看了也是白看,不如先从简单的模块入手,如数论,DP,搜索等等,一点点进步,等需要的时候在去看那些数据结构。
对于OJ,先去HDU吧,那个题还不算BT,要是你没一点基础的话建议你先从2000开始A,哪里都是简单的题,那一页全A掉差不多你就有编程基础了。其他你可以去POJ,ZOJ,等等。
给你个连接。
http://blog.csdn.net/bestluoliwei/archive/2010/07/20/5748964.aspx

ACM很强大,好好珍惜!

2. 关于算法导论

概念:

红黑树是一种自平衡二叉查找树,是在计算机科学中用到的一种数据结构,典型的用途是实现关联数组。它是在1972年由Rudolf Bayer发明的,他称之为"对称二叉B树",它现代的名字是在 Leo J. Guibas 和 Robert Sedgewick 于1978年写的一篇论文中获得的。它是复杂的,但它的操作有着良好的最坏情况运行时间,并且在实践中是高效的: 它可以在O(log n)时间内做查找,插入和删除,这里的n 是树中元素的数目。

红黑树是一种很有意思的平衡检索树。它的统计性能要好于平衡二叉树(有些书籍根据作者姓名,Adelson-Velskii和Landis,将其称为AVL-树),因此,红黑树在很多地方都有应用。在C++ STL中,很多部分(目前包括set, multiset, map, multimap)应用了红黑树的变体(SGI STL中的红黑树有一些变化,这些修改提供了更好的性能,以及对set操作的支持)。

背景和术语:
红黑树是一种特定类型的二叉树,它是在计算机科学中用来组织数据比如数字的块的一种结构。所有数据块都存储在节点中。这些节点中的某一个节点总是担当启始位置的功能,它不是任何节点的儿子;我们称之为根节点或根。它有最多两个"儿子",都是它连接到的其他节点。所有这些儿子都可以有自己的儿子,以此类推。这样根节点就有了把它连接到在树中任何其他节点的路径。

如果一个节点没有儿子,我们称之为叶子节点,因为在直觉上它是在树的边缘上。子树是从特定节点可以延伸到的树的某一部分,其自身被当作一个树。在红黑树中,叶子被假定为 null 或空。

由于红黑树也是二叉查找树,它们当中每一个节点都的比较值都必须大于或等于在它的左子树中的所有节点,并且小于或等于在它的右子树中的所有节点。这确保红黑树运作时能够快速的在树中查找给定的值。
用途和好处:
红黑树和AVL树一样都对插入时间、删除时间和查找时间提供了最好可能的最坏情况担保。这不只是使它们在时间敏感的应用如即时应用(real time application)中有价值,而且使它们有在提供最坏情况担保的其他数据结构中作为建造板块的价值;例如,在计算几何中使用的很多数据结构都可以基于红黑树。

红黑树在函数式编程中也特别有用,在这里它们是最常用的持久数据结构之一,它们用来构造关联数组和集合,在突变之后它们能保持为以前的版本。除了O(log n)的时间之外,红黑树的持久版本对每次插入或删除需要O(log n)的空间。

红黑树是 2-3-4树的一种等同。换句话说,对于每个 2-3-4 树,都存在至少一个数据元素是同样次序的红黑树。在 2-3-4 树上的插入和删除操作也等同于在红黑树中颜色翻转和旋转。这使得 2-3-4 树成为理解红黑树背后的逻辑的重要工具,这也是很多介绍算法的教科书在红黑树之前介绍 2-3-4 树的原因,尽管 2-3-4 树在实践中不经常使用。
属性:
红黑树是每个节点都有颜色特性的二叉查找树,颜色的值是红色或黑色之一。除了二叉查找树带有的一般要求,我们对任何有效的红黑树加以如下增补要求:

1.节点是红色或黑色。

2.根是黑色。

3.每个红色节点的两个子节点都是黑色。(从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点)

4.从每个叶子到根的所有路径都包含相同数目的黑色节点。

这些约束强制了红黑树的关键属性: 从根到叶子的最长的可能路径不大于最短的可能路径的两倍长。结果是这个树大致上是平衡的。因为操作比如插入、删除和查找某个值都要求与树的高度成比例的最坏情况时间,这个在高度上的理论上限允许红黑树在最坏情况下都是高效的,而不同于普通的二叉查找树。

在很多树数据结构的表示中,一个节点有可能只有一个儿子,而叶子节点包含数据。用这种范例表示红黑树是可能的,但是这会改变一些属性并使算法复杂。为此,本文中我们使用 "null 叶子" 或"空(null)叶子",如上图所示,它不包含数据而只充当树在此结束的指示。这些节点在绘图中经常被省略,导致了这些树好像同上述原则相矛盾,而实际上不是这样。与此有关的结论是所有节点都有两个儿子,尽管其中的一个或两个可能是空叶子。

操作:
在红黑树上只读操作不需要对用于二叉查找树的操作做出修改,因为它也二叉查找树。但是,在插入和删除之后,红黑属性可能变得违规。恢复红黑属性需要少量(O(log n))的颜色变更(这在实践中是非常快速的)并且不超过三次树旋转(对于插入是两次)。这允许插入和删除保持为 O(log n) 次,但是它导致了非常复杂的操作。

3. B树算法难么

感觉挺难。

B树的定义
假设B树的度为t(t>=2),则B树满足如下要求:(参考算法导论)
(1) 每个非根节点至少包含t-1个关键字,t个指向子节点的指针;至多包含2t-1个关键字,2t个指向子女的指针(叶子节点的子女为空)。
(2) 节点的所有key按非降序存放,假设节点的关键字分别为K[1], K[2] … K[n], 指向子女的指针分别为P[1], P[2]…P[n+1],其中n为节点关键字的个数。则有:
P[1] <= K[1] <= P[2] <= K[2] …..<= K[n] <=P[n+1] // 这里P[n]也指其指向的关键字
(3) 若根节点非空,则根节点至少包含两个子女;
(4) 所有的叶子节点都在同一层。
B树的搜索,search(root, target)
从root出发,对每个节点,找到大于或等于target关键字中最小的K[i],如果K[i]与target相等,则查找成功;否则在P[i]中递归搜索target,直到到达叶子节点,如仍未找到则说明关键字不在B树中,查找失败。
B树的插入,insert(root,target)
B树的插入需要沿着搜索的路径从root一直到叶节点,根据B树的规则,每个节点的关键字个数在[t-1, 2t-1]之间,故当target要加入到某个叶子时,如果该叶子节点已经有2t-1个关键字,则再加入target就违反了B树的定义,这时就需要对该叶子节点进行分裂,将叶子以中间节点为界,分成两个包含t-1个关键字的子节点,同时把中间节点提升到该叶子的父节点中,如果这样使得父节点的关键字个数超过2t-1,则要继续向上分裂,直到根节点,根节点的分裂会使得树加高一层。
上面的过程需要回溯,那么能否从根下降到叶节点后不回溯就能完成节点的插入呢?答案是肯定的,核心思想就是未雨绸缪,在下降的过程中,一旦遇到已满的节点(关键字个数为2t-1),就就对该节点进行分裂,这样就保证在叶子节点需要分裂时,其父节点一定是非满的,从而不需要再向上回溯。
B树的删除,delete(root,target)
在删除B树节点时,为了避免回溯,当遇到需要合并的节点时就立即执行合并,B树的删除算法如下:从root向叶子节点按照search规律遍历:
(1) 如果target在叶节点x中,则直接从x中删除target,情况(2)和(3)会保证当再叶子节点找到target时,肯定能借节点或合并成功而不会引起父节点的关键字个数少于t-1。
(2) 如果target在分支节点x中:
(a) 如果x的左分支节点y至少包含t个关键字,则找出y的最右的关键字prev,并替换target,并在y中递归删除prev。
(b) 如果x的右分支节点z至少包含t个关键字,则找出z的最左的关键字next,并替换target,并在z中递归删除next。
(c) 否则,如果y和z都只有t-1个关键字,则将targe与z合并到y中,使得y有2t-1个关键字,再从y中递归删除target。
(3) 如果关键字不在分支节点x中,则必然在x的某个分支节点p[i]中,如果p[i]节点只有t-1个关键字。
(a) 如果p[i-1]拥有至少t个关键字,则将x的某个关键字降至p[i]中,将p[i-1]的最大节点上升至x中。
(b) 如果p[i+1]拥有至少t个关键字,则将x个某个关键字降至p[i]中,将p[i+1]的最小关键字上升至x个。
(c) 如果p[i-1]与p[i+1]都拥有t-1个关键字,则将p[i]与其中一个兄弟合并,将x的一个关键字降至合并的节点中,成为中间关键字。

4. B树算法难么

感觉挺难。
B树的定义
假设B树的度为t(t>=2),则B树满足如下要求:(参考算法导论)
(1)
每个非根节点至少包含t-1个关键字,t个指向子节点的指针;至多包含2t-1个关键字,2t个指向子女的指针(叶子节点的子女为空)。
(2)
节点的所有key按非降序存放,假设节点的关键字分别为K[1],
K[2]

K[n],
指向子女的指针分别为P[1],
P[2]…P[n+1],其中n为节点关键字的个数。则有:
P[1]
<=
K[1]
<=
P[2]
<=
K[2]
…..<=
K[n]
<=P[n+1]
//
这里P[n]也指其指向的关键字
(3)
若根节点非空,则根节点至少包含两个子女;
(4)
所有的叶子节点都在同一层。
B树的搜索,search(root,
target)
从root出发,对每个节点,找到大于或等于target关键字中最小的K[i],如果K[i]与target相等,则查找成功;否则在P[i]中递归搜索target,直到到达叶子节点,如仍未找到则说明关键字不在B树中,查找失败。
B树的插入,insert(root,target)
B树的插入需要沿着搜索的路径从root一直到叶节点,根据B树的规则,每个节点的关键字个数在[t-1,
2t-1]之间,故当target要加入到某个叶子时,如果该叶子节点已经有2t-1个关键字,则再加入target就违反了B树的定义,这时就需要对该叶子节点进行分裂,将叶子以中间节点为界,分成两个包含t-1个关键字的子节点,同时把中间节点提升到该叶子的父节点中,如果这样使得父节点的关键字个数超过2t-1,则要继续向上分裂,直到根节点,根节点的分裂会使得树加高一层。
上面的过程需要回溯,那么能否从根下降到叶节点后不回溯就能完成节点的插入呢?答案是肯定的,核心思想就是未雨绸缪,在下降的过程中,一旦遇到已满的节点(关键字个数为2t-1),就就对该节点进行分裂,这样就保证在叶子节点需要分裂时,其父节点一定是非满的,从而不需要再向上回溯。
B树的删除,delete(root,target)
在删除B树节点时,为了避免回溯,当遇到需要合并的节点时就立即执行合并,B树的删除算法如下:从root向叶子节点按照search规律遍历:
(1)
如果target在叶节点x中,则直接从x中删除target,情况(2)和(3)会保证当再叶子节点找到target时,肯定能借节点或合并成功而不会引起父节点的关键字个数少于t-1。
(2)
如果target在分支节点x中:
(a)
如果x的左分支节点y至少包含t个关键字,则找出y的最右的关键字prev,并替换target,并在y中递归删除prev。
(b)
如果x的右分支节点z至少包含t个关键字,则找出z的最左的关键字next,并替换target,并在z中递归删除next。
(c)
否则,如果y和z都只有t-1个关键字,则将targe与z合并到y中,使得y有2t-1个关键字,再从y中递归删除target。
(3)
如果关键字不在分支节点x中,则必然在x的某个分支节点p[i]中,如果p[i]节点只有t-1个关键字。
(a)
如果p[i-1]拥有至少t个关键字,则将x的某个关键字降至p[i]中,将p[i-1]的最大节点上升至x中。
(b)
如果p[i+1]拥有至少t个关键字,则将x个某个关键字降至p[i]中,将p[i+1]的最小关键字上升至x个。
(c)
如果p[i-1]与p[i+1]都拥有t-1个关键字,则将p[i]与其中一个兄弟合并,将x的一个关键字降至合并的节点中,成为中间关键字。

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