Читаем Prolog полностью

с ростом размера множества. Однако плохая сбалансированность дерева ведет к деградации производительности алгоритмов, работающие со справочником. В крайнем случае, двоичный справочник вырождается в список, как показано на рис.10. l. Форма справочника зависит от той последовательности, а которой в всего записываются элементы данных. В лучшей случае мы получаем хорошую балансировку и производительность порядка log n, а в худшем - производительность будет порядка n. Анализ показывает, что в среднем сложность алгоритмов внутри, добавить и удалить сохраняет порядок log n в допущении, что все возможные входные последовательности равновероятны. Таким образом, средняя производительность, к счастью, оказывается ближе к лучшему случаю, чек к худшему. Существует, однако, несколько довольно простых механизмов, которые поддерживают хорошую сбалансированность дерева, вне зависимости от входной последовательности, формирующей дерево. Эти механизмы гарантируют производительность алгоритмов внутри, добавить и удалить порядка log n даже в худшем случае. Один из этих механизмов - двоично-троичные деревья (кратко, 2-3 деревья), а другой - AVL-деревья.

2-3 дерево определяется следующим образом: оно или пусто, или состоит из единственной вершины, или удовлетворяет следующим условиям:

каждая внутренняя вершина имеет две или три дочерних вершины, и

все листья дерева находятся на одном и том же уровне.

Двоично-троичным (2-3) справочником называется 2-3 дерево, все элементы данных которого хранятся в листьях и упорядочены слева направо. На рис. 10.2 показан пример. Внутренние вершины содержат метки, равные минимальным элементам тех или иных своих поддеревьев, в соответствии со следующими правилами:

если внутренняя вершина имеет два поддерева, то она содержит минимальный элемент второго из них;

если внутренняя вершина имеет три поддерева, то она содержит минимальные элементы второго и третьего поддеревьев.

Рис. 10. 2.  2-3 справочник. Отмеченный путь показывает процесс поиска элемента 10.

При поиске элемента Х в 2-3 справочнике мы начинаем с корня и двигаемся в направлении самого нижнего уровня, руководствуясь при этом метками внутренних вершин дерева. Пусть корень содержит метки Ml и М2, тогда

если Х < M1, то поиск продолжается в левом поддереве, иначе

если Х < М2, то поиск продолжается в среднем поддереве, иначе -

в правом поддереве.

Если в корне находится только одна метка М, то переходим к левому поддереву при Х < М и к правому поддереву - в противоположном случае. Продолжаем применять сформулированные выше правила, пока не окажемся на самом нижнем уровне дерева, где и выяснится, найден ли элемент X, или же поиск потерпел неудачу.

Так как все листья 2-3 дерева находятся на одном и том же уровне, 2-3 дерево идеально сбалансировано с точки зрения глубины составляющих его поддеревьев. Все пути от корня до листа, которые мы проходим при поиске, имеют одну и ту же длину порядка log n, где n - число элементов, хранящихся в дереве.

При добавлении нового элемента данных 2-3 дерево может расти не только в глубину, но и в ширину. Каждая внутренняя вершина, имеющая два поддерева, может приобрести новое поддерево, что приводит к росту вширь. Если же, с другой стороны, у вершины уже есть три поддерева, и она должна принять еще одно, то она расщепляется на две вершины, каждая из которых берет на себя по два из имеющихся четырех поддеревьев. Образовавшаяся при этом новая вершина передается вверх по дереву для присоединения к одной из выше расположенных вершин. Если же эта ситуация возникает на самом высоком уровне, то дерево вынуждено "вырасти" на один уровень вверх. Рис. 10.3 иллюстрирует описанный принцип.

Рис. 10. 3.  Вставление нового элемента в 2-3 справочник. Дерево

растет сначала вширь, а затем уже вглубь.

Включение нового элемента в 2-3 справочник мы запрограммируем как отношение

        доб23( Дер, X, НовДер)

где дерево НовДер получено введением элемента Х в дерево Дер. Основную работу мы поручим двум дополнительным отношениям, которые мы назовем встав. Первое из них имеет три аргумента:

        встав( Дер, X, НовДер).

Здесь НовДер - результат вставления элемента Х в Дер. Деревья Дер и НовДер имеют одну и ту же глубину. Разумеется, не всегда возможно сохранить ту же глубину дерева. Поэтому существует еще одно отношение с пятью аргументами специально для этого случая:

        встав( Дер, X, НДа, Mб, НДб).

Имеется в виду, что при вставления Х в Дер дерево Дер разбивается на два дерева НДа и НДб, имеющих ту же глубину, что и Дер. Мб - это минимальный элемент из НДб. Пример показан на рис. 10.4.

Рис. 10. 4.  Объекты, показанные на рисунке, удовлетворяют отношению встав( Дер, 6, НДа, Мб, НДб).

2-3 деревья мы будем представлять в программе следующим образом:

nil представляет пустое дерево;

Перейти на страницу:

Похожие книги

Слово о полку Игореве
Слово о полку Игореве

Исследование выдающегося историка Древней Руси А. А. Зимина содержит оригинальную, отличную от общепризнанной, концепцию происхождения и времени создания «Слова о полку Игореве». В книге содержится ценный материал о соотношении текста «Слова» с русскими летописями, историческими повестями XV–XVI вв., неординарные решения ряда проблем «слововедения», а также обстоятельный обзор оценок «Слова» в русской и зарубежной науке XIX–XX вв.Не ознакомившись в полной мере с аргументацией А. А. Зимина, несомненно самого основательного из числа «скептиков», мы не можем продолжать изучение «Слова», в частности проблем его атрибуции и времени создания.Книга рассчитана не только на специалистов по древнерусской литературе, но и на всех, интересующихся спорными проблемами возникновения «Слова».

Александр Александрович Зимин

Древнерусская литература / Прочая старинная литература / Прочая научная литература / Древние книги / Литературоведение / Научная литература