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树堆(Treap)和红黑树(RB-Tree)各有哪些优劣

Treap的优点:插入删除简单直观,速度也不错,很好地平衡了编码复杂度和时间效率。RB-Tree的优点:保证平衡并且有平衡限制条件,操作有准确时限,插入删除操作比AVL Tree快。

一、树堆(Treap)和红黑树(RB-Tree)的优劣

Treap

优点: 插入删除简单直观,速度也不错,很好地平衡了编码复杂度和时间效率。

缺点:由于优先级(优先级是个堆)是随机生成的,所以只能保证它的插入和删除操作时间复杂度大概是log(n),你不能保证它的一个操作一定能在很准确的时限内完成。

所以Treap常用于算法竞赛需要手动写BST的时候,尤其是扩展而来的Rank Tree (名次树,查询第k人的元素,set做不了)。

RB-Tree

优点: 保证平衡并且有平衡限制条件,操作有准确时限,插入删除操作比AVL Tree快.

缺点: 太复杂,插入有5种情况,删除有6种情况,代码量大,编写容易出错。

所以RB-Tree用于大部分语言的set的实现,实时系统等。

延伸阅读:

二、树堆实现平衡树的特点

普通的BST具有很强的不确定性,如果数据特殊,建树的时候可能直接变成一条链。不仅如此,插入删除的时候也很麻烦。因为如果插入或者删除,整个树原来的结构就会被打乱,这会为遍历和查找带来灾难性的后果。

所以我们推出了平衡树。就是通过将树旋转来动态维护这个树形态是平衡的,这样查找的复杂度就是O(log)级别的,是一种稳定的复杂度。

树堆是一种平衡树,它通过为键值(也就是我们需要维护成BST的)赋予优先级,使之也满足堆结构来进行旋转,成为一棵平衡树。

但是我们需要注意一点:树堆的优先级是随机赋予的。也就是说,这个数据结构其实是一个随机化的数据结构。这不是树堆的缺点,因为只有随机化赋予优先级,才有可能保证树堆的复杂度是O(log)的级别。那么,上述性质也说明了,树堆并不是一个规则形态的二叉树,更不是堆需要满足的完全二叉树。甚至它也不符合平衡树的定义:每个节点左右子树高度相差≤1,所以我们说树堆是近似实现平衡。但是通过形态定义二叉树的方式并不绝对。我们换一种方式来对平衡树进行定义:能够保证时间复杂度的BST,就是平衡树。

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