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synced 2026-10-27 13:58:20 +00:00
rtl: add AVL tree
This commit is contained in:
+383
@@ -0,0 +1,383 @@
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//! AVL tree implementation
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//! Invariant: For every node, the difference in height between its left
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//! and right subtrees is strictly limited to -1, 0 or 1.
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const bst = @import("bst.zig");
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const std = @import("std");
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// Left-heavy
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const minus_one: u2 = 1;
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// Balanced
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const zero: u2 = 0;
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// Right-heavy
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const one: u2 = 2;
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fn get_bf(node: *bst.Node) u2 {
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return node.parent.get_tag();
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}
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fn set_bf(node: *bst.Node, bf: u2) void {
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node.parent.set_tag(bf);
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}
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pub fn AVLTree(comptime cmp: fn (*const bst.Node, *const bst.Node) std.math.Order) type {
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return struct {
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tree: bst.BST(cmp),
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const Self = @This();
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pub fn init() Self {
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return Self{
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.tree = bst.BST(cmp).init(),
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};
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}
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fn rotate_left(self: *Self, x: *bst.Node, z: *bst.Node) *bst.Node {
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x.right = z.left;
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if (!self.tree.is_nil(z.left)) {
|
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z.left.parent.set_ptr(x);
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}
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z.left = x;
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x.parent.set_ptr(z);
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if (get_bf(z) == zero) {
|
||||
set_bf(x, one);
|
||||
set_bf(z, minus_one);
|
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} else {
|
||||
set_bf(x, zero);
|
||||
set_bf(z, zero);
|
||||
}
|
||||
|
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return z;
|
||||
}
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fn rotate_right(self: *Self, x: *bst.Node, z: *bst.Node) *bst.Node {
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x.left = z.right;
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if (!self.tree.is_nil(z.right)) {
|
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z.right.parent.set_ptr(x);
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}
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z.right = x;
|
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||||
x.parent.set_ptr(z);
|
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if (get_bf(z) == zero) {
|
||||
set_bf(x, minus_one);
|
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set_bf(z, one);
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} else {
|
||||
set_bf(x, zero);
|
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set_bf(z, zero);
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}
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|
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return z;
|
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}
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fn rotate_right_left(self: *Self, x: *bst.Node, z: *bst.Node) *bst.Node {
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var y = z.left;
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var t2 = y.right;
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// First, rotate right at Z
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z.left = t2;
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if (!self.tree.is_nil(t2)) {
|
||||
t2.parent.set_ptr(z);
|
||||
}
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||||
y.right = z;
|
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||||
z.parent.set_ptr(y);
|
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|
||||
const t1 = y.left;
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// second, rotate left at X
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||||
x.right = t1;
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||||
if (!self.tree.is_nil(t1)) {
|
||||
t1.parent.set_ptr(x);
|
||||
}
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||||
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||||
y.left = x;
|
||||
x.parent.set_ptr(y);
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||||
switch (get_bf(y)) {
|
||||
zero => {
|
||||
set_bf(x, zero);
|
||||
set_bf(z, zero);
|
||||
},
|
||||
|
||||
one => {
|
||||
set_bf(x, minus_one);
|
||||
set_bf(z, zero);
|
||||
},
|
||||
|
||||
else => {
|
||||
set_bf(x, zero);
|
||||
set_bf(z, one);
|
||||
},
|
||||
}
|
||||
|
||||
set_bf(y, zero);
|
||||
|
||||
return y;
|
||||
}
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||||
fn rotate_left_right(self: *Self, x: *bst.Node, z: *bst.Node) *bst.Node {
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||||
var y = z.right;
|
||||
var t2 = y.left;
|
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||||
// First, rotate left at Z
|
||||
z.right = t2;
|
||||
if (!self.tree.is_nil(t2)) {
|
||||
t2.parent.set_ptr(z);
|
||||
}
|
||||
|
||||
y.left = z;
|
||||
|
||||
z.parent.set_ptr(y);
|
||||
|
||||
const t1 = y.right;
|
||||
|
||||
// second, rotate right at X
|
||||
x.left = t1;
|
||||
|
||||
if (!self.tree.is_nil(t1)) {
|
||||
t1.parent.set_ptr(x);
|
||||
}
|
||||
|
||||
y.right = x;
|
||||
x.parent.set_ptr(y);
|
||||
|
||||
switch (get_bf(y)) {
|
||||
zero => {
|
||||
set_bf(x, zero);
|
||||
set_bf(z, zero);
|
||||
},
|
||||
|
||||
minus_one => {
|
||||
set_bf(x, one);
|
||||
set_bf(z, zero);
|
||||
},
|
||||
|
||||
else => {
|
||||
set_bf(x, zero);
|
||||
set_bf(z, minus_one);
|
||||
},
|
||||
}
|
||||
|
||||
set_bf(y, zero);
|
||||
|
||||
return y;
|
||||
}
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||||
/// Insert the node `elem` into the tree.
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pub fn insert(self: *Self, elem: *bst.Node) !void {
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||||
if (self.tree.is_empty()) {
|
||||
self.tree.insert(elem) catch unreachable;
|
||||
set_bf(elem, zero);
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
self.tree.insert(elem) catch |err| {
|
||||
if (err != error.AlreadyExists) unreachable;
|
||||
return error.AlreadyExists;
|
||||
};
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||||
|
||||
set_bf(elem, zero);
|
||||
|
||||
// Now the tree may be unbalanced, rebalance it.
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var node = elem;
|
||||
var parent = elem.parent.get_ptr();
|
||||
var n = &bst.nil;
|
||||
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||||
while (!self.tree.is_nil(parent)) : (parent = parent.parent.get_ptr()) {
|
||||
const orig_parent = parent.parent.get_ptr();
|
||||
|
||||
if (node == parent.right) {
|
||||
if (get_bf(parent) == one) {
|
||||
// This node has been inserted on the right of the parent,
|
||||
// and the parent already has a balance factor of 1 (right-heavy),
|
||||
// the parent's BF would then become +2, which breaks the invariant.
|
||||
// We need to rebalance.
|
||||
|
||||
if (get_bf(node) == minus_one) {
|
||||
n = self.rotate_right_left(parent, node);
|
||||
} else {
|
||||
// This is a case where the tree looks like this:
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// 1
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||||
// \
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||||
// 2
|
||||
// \
|
||||
// 3
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||||
// We need to rotate the subtree so it looks like:
|
||||
// 2
|
||||
// / \
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||||
// 1 3
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||||
// In the code, `parent` would be 1 and `node` would be 2
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||||
n = self.rotate_left(parent, node);
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
// The balance factor is either 0 or -1, increase it.
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||||
// If it was -1, now it is 0 so the subtree is perfectly balanced, we can stop.
|
||||
// If it was 0, now it is +1, so we may need to check higher up for imbalances.
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||||
|
||||
if (get_bf(parent) == minus_one) {
|
||||
set_bf(parent, zero);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
set_bf(parent, one);
|
||||
node = parent;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
// This node is the left child.
|
||||
// The logic is the same as the other case but inverted.
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||||
else {
|
||||
if (get_bf(parent) == minus_one) {
|
||||
// This node has been inserted on the left of the parent,
|
||||
// and the parent already has a balance factor of -1 (left-heavy),
|
||||
// the parent's balance factor would then become -2, which breaks the invariant.
|
||||
// We need to rebalance.
|
||||
|
||||
if (get_bf(node) == one) {
|
||||
n = self.rotate_left_right(parent, node);
|
||||
} else {
|
||||
n = self.rotate_right(parent, node);
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
if (get_bf(parent) == one) {
|
||||
set_bf(parent, zero);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
set_bf(parent, minus_one);
|
||||
node = parent;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Adopt the new subtree root
|
||||
n.parent.set_ptr(orig_parent);
|
||||
|
||||
if (!self.tree.is_nil(orig_parent)) {
|
||||
if (parent == orig_parent.left) {
|
||||
orig_parent.left = n;
|
||||
} else {
|
||||
orig_parent.right = n;
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
self.tree.root = n;
|
||||
}
|
||||
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/// Delete the node `elem` from the tree.
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||||
pub fn delete(self: *Self, elem: *bst.Node) void {
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||||
var node = elem;
|
||||
var original_parent = &bst.nil;
|
||||
var parent = node.parent.get_ptr();
|
||||
var was_on_left = !self.tree.is_nil(parent) and parent.left == node;
|
||||
var b = zero;
|
||||
|
||||
if (self.tree.is_nil(elem.left)) {
|
||||
self.tree.transplant(elem, elem.right);
|
||||
} else if (self.tree.is_nil(elem.right)) {
|
||||
self.tree.transplant(elem, elem.left);
|
||||
} else {
|
||||
var succ = self.tree.successor(node);
|
||||
parent = succ.parent.get_ptr();
|
||||
was_on_left = !self.tree.is_nil(parent) and succ == parent.left;
|
||||
|
||||
if (parent != elem) {
|
||||
self.tree.transplant(succ, succ.right);
|
||||
succ.right = elem.right;
|
||||
succ.right.parent.set_ptr(succ);
|
||||
} else {
|
||||
// The successor is the direct child, so start rebalancing from it.
|
||||
parent = succ;
|
||||
}
|
||||
|
||||
self.tree.transplant(elem, succ);
|
||||
succ.left = elem.left;
|
||||
succ.left.parent.set_ptr(succ);
|
||||
set_bf(succ, get_bf(elem));
|
||||
|
||||
node = succ;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Rebalance the tree.
|
||||
while (!self.tree.is_nil(parent)) {
|
||||
original_parent = parent.parent.get_ptr();
|
||||
|
||||
if (node == parent.left or was_on_left) {
|
||||
was_on_left = false;
|
||||
|
||||
if (get_bf(parent) == one) {
|
||||
const sibling = parent.right;
|
||||
b = get_bf(sibling);
|
||||
|
||||
if (b == minus_one) {
|
||||
node = self.rotate_right_left(parent, sibling);
|
||||
} else {
|
||||
node = self.rotate_left(parent, sibling);
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
if (get_bf(parent) == zero) {
|
||||
set_bf(parent, one);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
node = parent;
|
||||
set_bf(parent, zero);
|
||||
parent = original_parent;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
if (get_bf(parent) == minus_one) {
|
||||
const sibling = parent.left;
|
||||
b = get_bf(sibling);
|
||||
|
||||
if (b == one) {
|
||||
node = self.rotate_left_right(parent, sibling);
|
||||
} else {
|
||||
node = self.rotate_right(parent, sibling);
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
if (get_bf(parent) == zero) {
|
||||
set_bf(parent, minus_one);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
node = parent;
|
||||
set_bf(node, zero);
|
||||
parent = original_parent;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Adopt the new subtree root
|
||||
node.parent.set_ptr(original_parent);
|
||||
|
||||
if (!self.tree.is_nil(original_parent)) {
|
||||
if (parent == original_parent.left) {
|
||||
original_parent.left = node;
|
||||
} else {
|
||||
original_parent.right = node;
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
self.tree.root = node;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (b == zero) {
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
parent = original_parent;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
@@ -10,6 +10,7 @@ pub const TaggedPtr = @import("tagged_ptr.zig").TaggedPtr;
|
||||
pub const bst = @import("bst.zig");
|
||||
pub const BST = bst.BST;
|
||||
pub const RBTree = @import("rbtree.zig").RBTree;
|
||||
pub const AVLTree = @import("avl.zig").AVLTree;
|
||||
pub const BitMap = @import("bitmap.zig").BitMap;
|
||||
|
||||
test {
|
||||
|
||||
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