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Árvores Balanceadas André Lopes Pereira Luiz Carlos Barboza Júnior.

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1 Árvores Balanceadas André Lopes Pereira Luiz Carlos Barboza Júnior

2 Roteiro Árvores de busca binárias: Organização; Algoritmos de busca, inserção e remoção em árvores de busca (custos envolvidos); Desvantagens de uma árvore desbalanceada: Aplicação de AVL; Aplicação de nó crítico e fator de equilíbrio; Rotações simples de dupla; AVL implementada em C.

3 Árvores de busca binária Busca Inserir Deletar Todas as chaves da sub-árvore à esquerda são menores do que a chave da raiz, e as chaves da sub- árvore à direita são maiores. Essa regra define árvore de busca binária. Definição: Operações:

4 Busca Busca (root, x) Entrada: root (ponteiro pra raiz da árvore) e x número a ser procurado Saída: node (ponteiro que aponta para o nó contendo x ou nil se o nó não existir) início se root = nil ou root^.key então node := root // root^ e´o conteudo do endereco de root senao se x < root^.key então Busca (root^.left,x) senão Busca (root^.right,x) fim.

5 Inserir Inserir (root,x) Entrada: root (ponteiro pra raiz da árvore) e x número a ser inserido Saída: árvore modificada início se root = nil então crie um novo nó apontado por child; root := child; root^.key := x; senao node := root; child := root; //para inicializar e ele nao seja null enquanto node != nil e child != nil faça se node^.key = x então child := nil senão parent := node; se x < node^.key então node := node^.left senão node := node^.right se child != nil então crie um novo nó apontado por child; child^.key := x; child^.left := nil; child^.right := nil; se x < parent^.key então parent^.left := child senão parent^.right := child fim

6 Deletar Deletar (root,x) Entrada: root (ponteiro pra raiz ) e x número a ser deletado Saída: árvore modificada início node := root; enquanto node != nil e node^.key != x faça parent := node; se x < node^.key então node := node^.left; senão node := node^.right; se node = nil então imprima ("x não está na árvore"); sair se node != root então se node^.left = nil então se x <= parent^.key então parent^.letf := node^.right senão parent^.right := node^.right senão se node^.right = nil então se x <= parent^.key então parent^.left := node^.left senão parent^.right := node^.left senão // o caso de 2 filhos node1 := node^.left parent1 := node enquanto node^.right != nil do parent1:= node1; node1:= node1^.right; parent1^.right := node1^.left node^.key := node1^.key fim

7 Deletar: folhas (...) se node^.left = nil então se x <= parent^.key então parent^.letf := node^.right senão parent^.right := node^.right senão se node^.right = nil então se x <= parent^.key então parent^.left := node^.left senão parent^.right := node^.left (...)

8 Deletar: nó com único filho (...) se node^.left = nil então se x <= parent^.key então parent^.letf := node^.right senão parent^.right := node^.right senão se node^.right = nil então se x <= parent^.key então parent^.left := node^.left senão parent^.right := node^.left (...)

9 Deletar: nó com dois filhos (...) senão // o caso de 2 filhos node1 := node^.left parent1 := node enquanto node^.right != nil do parent1:= node1; node1:= node1^.right; parent1^.right := node1^.left node^.key := node1^.key fim

10 Custos envolvidos Pior caso: Percorrer a árvore da raiz até a folha mais distante para localizar o nó desejado Tempo de execução dos outros passos é constante Custo O (log n) Árvore balanceada O (n) Lista encadeada AVL

11 AVL (Adelson-Velskii e Landis) Árvore de busca binária que, para cada nó, a diferença entre as alturas de suas sub-árvores é no máximo 1 Definição:

12 Balance Fator que indica a diferença entre a altura das sub-árvores da esquerda e da direita, precedido do sinal + (caso a da direita seja maior) ou - (caso a maior seja a da esquerda). Definição:

13 Balance Balance (root) Entrada: root (ponteiro pra raiz da arvore) Saída: todos os nós da árvore com o valor de balance início se root = nil altura := -1 senão root^.left = nil e root^.right = nil então altura := 0; root^.balance := 0; // se o no for um folha seu balance e´ 0 (zero) senão Esq := Balance (root^.left); Dir := Balance (root^.right); root^.balance := Dir - Esq; altura := Max (Esq, Dir); retorna (altura + 1) fim

14 Nó crítico (...) se balance mudou de 0 para +1 ou -1 então retorne sim se balance mudou de +1 ou -1 para 0 então retorne não se a resposta for sim então se o sim for pela direita então balance := balance + 1 se o sim for pela esquerda então balance := balance - 1 se balance => 2 ou balance <= -2 então esse é o nó crítico. Aplique a rotação de acordo com a tabela:

15 Rotação simples Temp := B^.dir; B^.dir := A; A^.esq := temp;

16 Rotação dupla Temp := B^.dir; B^.dir := B^.dir^.esq; A^.esq := B^.dir^.dir; Temp^.esq := B; Temp^.dir := A;

17 Conclusão Tipos de dados abstratos que manipulam estas três operações são chamados de dicionários (ordem lexicográfica); A eficiência da árvore de busca é diretamente relacionada à sua altura. A estratégia é manter a árvore com a altura mínima possível utilizando as regras de AVL;


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