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/**
* DicoBST.java
* 27 juin 2024
* @author Yamine Ibrahima
*/
package arbres;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import deque.Deque_y;
/**
* <i>Cette classe représente un dictionnaire implémenté avec un AVL.</i>
*
* @implNote Cette classe n'implémente pas de fonction de suppression. </br>
* Cette classe a été développé pour les besoins d'un Travail Dirigé
* d'un cours de structure de donnée de deuxème année de Baccalauréat
* en informatique.</br> Elle intègre le strict minimum pour les besoins
* du TD. Elle peut donc paraître incomplète à bien des égards.
*
* @author Yamine Ibrahima
*/
public class DicoAVL<K extends Comparable<K>, V> {
protected DicoAVLNoeud <K,V> racine;
protected List<K> keys ;
protected List<V> values;
protected List<DicoAVLNoeud <K,V>> nodelist;
/**
* Construit un nouveau dictionnaire ayant une racine.
*
* @param rootkey : La clef de la racine de l'arbre
* @param rootValue : la valeur associé à la clef de la racine
* */
public DicoAVL(K rootkey, V rootValue) {
this.racine = new DicoAVLNoeud<K,V>(rootkey, rootValue, null);
this.nodelist = new ArrayList<DicoAVLNoeud <K,V>> ();
this.keys = new ArrayList<K> ();
this.values = new ArrayList<V>();
this.nodelist.add(racine);
this.keys.add(racine.getKey());
this.values.add(racine.getValue());
}
/**
* Construit un dictionnaire vide
* */
public DicoAVL() {
this(null, null);
}
/**
* Set la racine uniquement si l'arbre est vide
* */
protected void setRacine(K rootkey, V rootValue) {
this.racine = (this.racine.key == null)? new DicoAVLNoeud<K,V>(rootkey, rootValue, null) : this.racine ;
this.nodelist.set(0, racine);
this.keys.set(0, racine.key);
this.values.set(0, racine.value);
}
/**
* @return the racine
*/
public K getRacineKey() {
return racine.getKey();
}
/**
* @return the hauteurTree
*/
public int getHauteurTree() {
return this.racine.hauteur;
}
/**
* @return the nodelist
*/
public List<DicoAVLNoeud<K, V>> getNodelist() { return nodelist; }
/**
* Cette fonction permet d'ajouter un élément
* au dictionnaire.
* @param nodeKey La clef du noeud
* @param nodeValue la valeur associé à la clef key
* */
public void ajouter(K nodeKey, V nodeValue) {
/*
* Si l'arbre est vide, set la racine.
* */
if (this.isEmpty())
setRacine(nodeKey, nodeValue);
//Si le noeud existe déjà
if (rechercher(nodeKey) != null) {
return;
}
/*
* Dans le cas où l'arbre n'est pas vide, le parcourir en level-order.
*
* L'insertion sera performer de la même façon qu'un BST classique. La
* seule différence est que dans le cas du dictionnaire, les comparaisons
* s'effectueront uniquement sur les keys.
*
*
* */
Deque_y<DicoAVLNoeud<K, V>> file = new Deque_y<DicoAVLNoeud<K, V>>();
DicoAVLNoeud<K, V> temp = null;
file.enqueue(this.racine);
while(!file.isEmpty()) {
temp = file.dequeue();
if (temp == null)
break;
if (nodeKey.compareTo(temp.key) < 0 ) { // La clef du nouveau noeud est inférieur à celle du noeud courrant
/*
* Performer l'insertion dans le sous-arbres gauche
* */
if(temp.getFilsgauche() == null) {
temp.setFilsgauche(nodeKey);
temp.filsgauche.value = nodeValue;
this.keys.add(temp.getFilsgauche().getKey()); // Ajouter la clef du noeud créé à l'ensemble des clefs du dictionnaire
this.values.add(temp.getFilsgauche().getValue()); // Ajouter la valeur du noeud créé à l'ensemble des clefs du dictionnaire
this.nodelist.add(temp.filsgauche); // Ajouter le noeud insérer à la liste de noeud
verificationAVL(temp.filsgauche); // Après insertion du noeud, vérifier les propriétés AVL
return;
}else {
//Si le noeud courrant à un fils gauche, l'enfiler
file.enqueue(temp.getFilsgauche());
continue;
}
}else if (nodeKey.compareTo(temp.key) > 0) { // La clef du nouveau noeud est supérieur à celle du noeud courrant
/*
* Performer l'insertion dans le sous-arbres droit
* */
if(temp.getFilsdroit() == null) {
temp.setFilsdroit(nodeKey);
temp.filsdroit.value = nodeValue;
this.keys.add(temp.getFilsdroit().getKey()); // Ajouter la clef du noeud créé à l'ensemble des clefs du dictionnaire
this.values.add(temp.getFilsdroit().getValue()); // Ajouter la valeur du noeud créé à l'ensemble des clefs du dictionnaire
this.nodelist.add(temp.filsdroit); // Ajouter le noeud insérer à la liste de noeud
verificationAVL(temp.filsdroit); // Après insertion du noeud, vérifier les propriétés AVL
return;
}else {
//Si le noeud courrant à un fils gauche, l'enfiler
file.enqueue(temp.getFilsdroit());
}
}
}
}
/**
* Cette fonction permet de supprimer un élément
* du dictionnaire, pourvu qu'il existe.
* @param key La clef du noeud
* @return l'élément supprimer.
* */
public DicoAVLNoeud <K,V> supprimer(K key){
//Pas implémenté car inutile pour les besoins du TD
System.err.println("\t\t\tSuppression de noeud non-implémenter "
+ "car inutile pour les besoins du TDs");
return null;
}
/**
* Recherche le noeud spécifié par la clef
* @return le Noeud référencé qui encapsule
* la clef passé en paramètre
* @param clef la key à rechercher
* */
public DicoAVLNoeud<K, V> rechercher(K clef){
if(this.isEmpty())
return null;
Deque_y <DicoAVLNoeud <K,V>> file = new Deque_y <DicoAVLNoeud <K,V>>();
file.enqueue(this.racine);
DicoAVLNoeud <K,V> temp = null;
while(!file.isEmpty()) {
temp = file.dequeue();
if (temp == null)
break;
//Vérifier si le data du noeud actuel correspond à l'élément recherché
if (temp.getKey().compareTo(clef) == 0) {
return temp;
} else { //Sinon enfiler ses enfants
if(temp.getFilsgauche() != null) // temp.getFilsgauche().key
file.enqueue(temp.filsgauche);
if(temp.getFilsdroit() != null) // temp.getFilsdroit().key
file.enqueue(temp.filsdroit);
}
}
return null;
}
public boolean contains(K clef) {
return containsKey(this.racine, clef);
}
/**
* Vérifie si le dictionnaire est vide
* */
public boolean isEmpty() { return this.racine.key == null ; }
/**
* Cette fonction permet de déterminer si le
* dictionnaire contient un noeud identifier
* par la clef passé en paramètre
* @param key Clef dont il faut vérifier l'existence
* dans le dictionnaire
* */
protected boolean containsKey(DicoAVLNoeud <K,V> source, K clef) {
//Cas ou le dictionnaire est vide
if(this.isEmpty())
return false;
/**
* On pourrait également simplement vérifier si l'attribut
* keys du dictionnaire possède une entrée == key
*
* - return keys.contain(key);
*
* On n'aurait donc plus besoin d'effectuer un parcours de l'arbre
* et donc on n'aurait plus besoin du paramètre source
*
*
* */
Deque_y <DicoAVLNoeud <K,V>> file = new Deque_y <DicoAVLNoeud <K,V>>();
file.enqueue(source);
DicoAVLNoeud <K,V> temp = null;
while(!file.isEmpty()) {
temp = file.dequeue();
if (temp == null)
break;
//Vérifier si le data du noeud actuel correspond à l'élément recherché
if (temp.getKey().compareTo(clef) == 0) {
return true;
} else { //Sinon enfiler ses enfants
if(temp.getFilsgauche() != null)
file.enqueue(temp.filsgauche);
if(temp.getFilsdroit() != null)
file.enqueue(temp.filsdroit);
}
}
return false;
}
/**
* Cette fonction permet de set la valeur associé a une clef,
* pourvue que cette dernière existe dans le dictionnaire
* */
public void setNodeValue(K key, V value) {
if(this.keys.contains(key)) {
DicoAVLNoeud <K ,V> temp = rechercher(key);
temp.setValue(value);
} else {
throw new NullPointerException("Aucun noeud n'encapsule la clef mentionnée");
}
}
/**
* Cette fonction permet d'accéder à la data associé
* à la clef passé en paramètre, pourvu que cette clef
* existe.
* @return la valeur associé à clef key ou null
* */
public V get(K clef) {
if (!containsKey(racine, clef))
return null;
return rechercher(clef).getValue();
}
/**
*
* @return Une représentation textuelle (en level-order) de l'arbre
*
* */
public String toprint() {
String prompt = "";
Deque_y <DicoAVLNoeud <K ,V>> file = new Deque_y <DicoAVLNoeud <K ,V>>();
file.enqueue(this.racine);
DicoAVLNoeud <K ,V> temp = null;
//Faire un for qui va jusqu'à la profondeur de l'arbre
while(!file.isEmpty()) {
temp = file.dequeue(); //Noeud current
if(temp != null) {
if (temp == this.racine) {
prompt += "Noeud : " + temp.getKey().toString() + " \n"
+ "\tValeur :" + ((temp.getValue() != null)? temp.getValue().toString() : "none") + "\n"
+ "\tParent :" + " none " + " \n"
+ "\tFilsgauche :"+ ((temp.getFilsgauche() != null)? temp.getFilsgauche().getKey().toString() : "none") + "\n"
+ "\tFilsdroit :"+ ((temp.getFilsdroit() != null)? temp.getFilsdroit().getKey().toString() : "none") + "\n"
+ "\tHauteur : " + temp.getHauteur() + " \n----------------------";
}else {
prompt += "\nNoeud : " + temp.getKey().toString() + " \n"
+ "\tValeur :" + ((temp.getValue() != null)? temp.getValue().toString() : "none") + "\n"
+ "\tParent :" + temp.parent.toString() + "\n"
+ "\tFilsgauche :"+ ((temp.getFilsgauche() != null)? temp.getFilsgauche().getKey().toString() : "none") + "\n"
+ "\tFilsdroit :"+ ((temp.getFilsdroit() != null)? temp.getFilsdroit().getKey().toString() : "none") + "\n"
+ "\tHauteur : " + temp.getHauteur() + " \n----------------------" ;
}
if(temp.getFilsgauche()!=null) {
file.enqueue(temp.filsgauche);
}
if(temp.getFilsdroit() !=null) {
file.enqueue(temp.filsdroit);
}
}
}
prompt += " ";
return prompt;
}
/**
* @return La liste de tous les noeuds de l'arbre avec leurs relations
* */
@Override
public String toString() {
return "DicoBST [racine=" + racine + ", nodelist=" + nodelist + "]";
}
//========================================================Fonctions AVL===========================================================
/**
* <i>Performe une rotation simple à gauche.</i></br></br>
*
* <strong>Précondition :</strong> Le noeud nd viole la propriété AVL à cause d'une insertion
* dans son sous-arbre gauche. La différence de hauteur entre son sous-arbre
* gauche et son sous-arbre droit est de 2.</br></br>
*
* <strong>Rotation simple à gauche :</strong> Le fils gauche (fgnd) du noeud nd devient le parent
* du noeud nd et le noeud nd devient le fils droit du noeud fgnd. Ensuite le fils
* droit de fgnd devient le fils gauche de nd. </br>
* @param nd : Noeud débalancé sur lequel appliqué la rotation
* */
private void rotationSG(DicoAVLNoeud<K,V> nd) {
/*
* 1. Sauvegarder les informations du fils gauche de nd (fgnd)
* 2. Set nd en tant que fils droit de son fils gauche (fgnd)
* 3. Set fgnd en tant que parent de nd
* 4. Set le fils gauche de nd avec le fils droit de fgnd
* 5. Set nd en tant que parent du fils droit de fgnd
*
* 6.Set les hauteurs
*
* */
DicoAVLNoeud<K,V> nd_fg = nd.filsgauche;
if(nd.filsgauche !=null)
nd.filsgauche.parent = nd.parent; //Le parent de nd devient le parent de fgnd
//Faire pointer le parent de nd vers le fils de gauche de nd (fgnd)
if(nd.parent != null && nd.equals(nd.parent.filsgauche)) {
nd.parent.filsgauche = nd_fg;
}else if(nd.parent != null && nd.equals(nd.parent.filsdroit)) {
nd.parent.filsdroit = nd_fg;
}
nd.parent = nd_fg;
nd.filsgauche = (nd_fg != null) ? nd_fg.filsdroit : null ;
if(nd_fg != null)
nd_fg.filsdroit = nd;
if (nd.equals(this.racine)){
this.racine = (nd_fg != null)? nd_fg : this.racine;
}
nd.setHeight(Math.max((nd.filsgauche != null) ? nd.filsgauche.hauteur : 0,
(nd.filsdroit!=null)? nd.filsdroit.hauteur : 0) + 1);
if (nd_fg != null)
nd_fg.setHeight(Math.max((nd_fg.filsgauche != null) ? nd_fg.filsgauche.hauteur : 0,
(nd_fg.filsdroit!=null)? nd_fg.filsdroit.hauteur : 0) + 1);
}
/**
* <i>Performe une rotation simple à droite.</i></br></br>
*
* <strong> Précondition :</strong> Le noeud nd viole la propriété AVL à cause d'une insertion
* dans son sous-arbre droit. La différence de hauteur entre son sous-arbre
* gauche et son sous-arbre droit est de 2.</br></br>
*
* <strong> Rotation simple à droite :</strong> Le fils droit (fdnd) du noeud nd devient le parent
* du noeud nd et le noeud nd devient le fils gauche du noeud fdnd. Ensuite le fils
* gauche de fdnd devient le fils droit de nd.</br>
* @param nd : Noeud débalancé sur lequel appliqué la rotation
* */
private void rotationSD(DicoAVLNoeud<K,V> nd) {
DicoAVLNoeud<K,V> nd_fd = nd.filsdroit;
if(nd.filsdroit !=null)
nd.filsdroit.parent = nd.parent; //Le parent de nd devient le parent de fdnd
//Faire pointer le parent de nd vers le fils de droit de nd (fdnd)
if(nd.parent != null && nd.equals(nd.parent.filsdroit)) {
nd.parent.filsdroit = nd_fd;
}else if(nd.parent != null && nd.equals(nd.parent.filsgauche)) {
nd.parent.filsgauche = nd_fd;
}
nd.parent = nd_fd;
nd.filsdroit = (nd_fd != null) ? nd_fd.filsgauche : null ;
if(nd_fd != null)
nd_fd.filsgauche = nd;
if (nd.equals(this.racine)){
this.racine = (nd_fd != null)? nd_fd : this.racine;
}
nd.setHeight(Math.max((nd.filsgauche != null) ? nd.filsgauche.hauteur : 0,
(nd.filsdroit!=null)? nd.filsdroit.hauteur : 0) + 1);
if (nd_fd != null)
nd_fd.setHeight(Math.max((nd_fd.filsgauche != null) ? nd_fd.filsgauche.hauteur : 0,
(nd_fd.filsdroit!=null)? nd_fd.filsdroit.hauteur : 0) + 1);
}
/**
* <i>Performe une rotation double à gauche.</i></br></br>
*
* <strong>Précondition :</strong> Le noeud nd viole la propriété AVL à cause d'une insertion
* dans le sous-arbre droit de son fils de gauche. La différence de hauteur entre son sous-arbre
* gauche et son sous-arbre droit est de 2.</br></br>
*
* <strong>Rotation double à gauche :</strong> Une rotation simple à droite du
* fils de gauche de nd suivi d'une rotation simple à gauche de nd.</br>
*
* @param nd : noeud violant la propriété AVL et sur lequel effectué la rotation.
* */
private void rotationDG(DicoAVLNoeud<K,V> nd) {
this.rotationSD(nd.filsgauche);
this.rotationSG(nd);
}
/**
* <i>Performe une rotation double à droite.</i></br></br>
*
* <strong>Précondition :</strong> Le noeud nd viole la propriété AVL à cause d'une insertion
* dans le sous-arbre gauche de son fils de droit. La différence de hauteur entre son sous-arbre
* gauche et son sous-arbre droit est de 2
*
* <strong>Rotation double à gauche :</strong> Une rotation simple à gauche du
* fils de droite de nd suivi d'une rotation simple à droite de nd.</br>
*
* @param nd : noeud violant la propriété AVL et sur lequel effectué la rotation.
*
* */
private void rotationDD(DicoAVLNoeud<K,V> nd) {
this.rotationSG(nd.filsdroit);
this.rotationSD(nd);
}
/**
* <i>Détermine le premier noeud (ascendant au noeud passé en paramètre) qui ne
* respecte pas la propriété AVL, et lui applique la rotation adéquate afin de
* rétablir la propriété AVL.</i></br></br>
*
* @param node : Noeud récemment inséré dans l'arbre
* */
private void verificationAVL( DicoAVLNoeud<K,V> node){
DicoAVLNoeud<K,V> node_current = node.parent ;
int hauteur_filsgauche = -1;
int hauteur_filsdroit = -1;
/**
* Déterminer le 1er noeud ascendant au noeud inséré (le paramètre node)
* qui ne respecte pas les propriétés AVL et le sauvegar
* */
while (node_current != null) {
//Stocker la hauteur des fils du noeud courrant. Si un fils n'existe pas,sa hauteur = 0
hauteur_filsgauche = (node_current.filsgauche != null) ? node_current.filsgauche.hauteur : 0 ;
hauteur_filsdroit = (node_current.filsdroit != null) ? node_current.filsdroit.hauteur : 0;
//Si la différence entre les hauteurs des fils du noeud courrant est = 2 alors sortir de la boucle
if ((hauteur_filsgauche - hauteur_filsdroit == 2) || (hauteur_filsdroit - hauteur_filsgauche == 2) )
break;
//Sinon passer au prochain ancêtre
node_current = node_current.parent; //Passer au prochain parent
}
//Aucun noeud non-conforme n'a été trouvé
if(node_current == null)
return;
/*
System.out.println("\n\n==============================================================================================================\n"
+ "---------------Noeud parent non-conforme = " + node_current.getKey() + "\n"
+ "---------------Noeud inséré = " + node.key + "\n"
+ "==============================================================================================================\n"); */
//Le débalancement est causé par le sous arbre gauche du noeud non-conforme
if(hauteur_filsgauche > hauteur_filsdroit) {
int hauteurfgfg = (node_current.filsgauche.filsgauche != null) ? node_current.filsgauche.filsgauche.hauteur : 0 ;
int hauteurfgfd = (node_current.filsgauche.filsdroit != null) ? node_current.filsgauche.filsdroit.hauteur : 0 ;
if(hauteurfgfg > hauteurfgfd ) {
this.rotationSG(node_current);
return;
}else{
this.rotationDG(node_current);
return;
}
}
//Le débalancement est causé par le sous arbre droit du noeud non-conforme
if (hauteur_filsdroit > hauteur_filsgauche) {
int hauteurfdfd = (node_current.filsdroit.filsdroit != null) ? node_current.filsdroit.filsdroit.hauteur : 0 ;
int hauteurfdfg = (node_current.filsdroit.filsgauche != null) ? node_current.filsdroit.filsgauche.hauteur : 0 ;
if(hauteurfdfd > hauteurfdfg ) {
this.rotationSD(node_current);
return;
}else{
this.rotationDD(node_current);
return;
}
}
//System.err.println("------------------------------------------- Aucune rotation effectuée ");
}
//============================================================================================================================
/**
* Cette classe représente un noeud du dictionnaire
*
* @author Yamine Ibrahima
* */
@SuppressWarnings("hiding")
protected class DicoAVLNoeud <K ,V> {
//Attribut
protected K key;
protected V value;
/**
* La hauteur d'un noeud, représente la distance entre la feuille la plus profonde
* de l'arbre et le noeud courrant.
* A ne pas confondre avec la profondeur qui représente la distance de la racine
* de l'arbre au le noeud courrant.
*
* La hauteur d'une feuille est de 1
* */
private int hauteur;
private DicoAVLNoeud <K ,V> parent;
protected DicoAVLNoeud <K ,V> filsgauche;
protected DicoAVLNoeud <K ,V> filsdroit ;
//Constructeurs
/**
*
*/
public DicoAVLNoeud(K clef) {
this.key = clef ;
this.value = null;
this.parent = null;
this.filsgauche = null;
this.filsdroit = null;
}
/**
* Construit un noeud.
* @param clef : La key
* @param value : La valeur associé à la clef
* @param p : le noeud parent au noeud construit
* */
public DicoAVLNoeud(K clef, V value, DicoAVLNoeud<K, V> p) {
this(clef);
this.value = value;
this.parent = p ;
//this.profondeur= (p!=null)? p.getProfondeur() + 1 : 0;
/*
* Chaque noeud nouvellement inséré est une feuille donc sa hauteur = 1 ;
* */
this.hauteur = 1 ;
/*
* Une fois un noeud inséré, mettre à jour la hauteur de ses ancêtres
* */
updateAncestorHeight();
}
/**
* @param filsgauche the filsgauche to set
*/
public void setFilsgauche(K clef) {
this.filsgauche = new DicoAVLNoeud<K, V>(clef,null,this);
}
/**
* @param clef : La clef du noeudfils droit
*/
public void setFilsdroit(K clef) {
this.filsdroit = new DicoAVLNoeud<K, V>(clef,null,this);
}
/**
* @param value the value to set
*/
public void setValue(V value) {
this.value = value;
}
/**
* @return the filsgauche
*/
public DicoAVLNoeud<K, V> getFilsgauche() { return filsgauche; }
/**
* @return the filsdroit
*/
public DicoAVLNoeud<K, V> getFilsdroit() { return filsdroit; }
/**
* @return the hauteur
*/
public int getHauteur() { return hauteur; }
/**
* @return the key
*/
public K getKey() { return key; }
/**
* @return the value
*/
public V getValue() { return value; }
/**
* Cette methode permet à chaque fois qu'on insère un noeud,
* de mettre à jour la hauteur de tous ces noeuds parents.
* */
private void updateAncestorHeight() {
//Si le noeud courrant n'a pas d'ancêtre arrêter = cas du root
if( this.parent == null)
return ;
//DicoAVLNoeud<K, V> current = this;
DicoAVLNoeud<K, V> ancestor = this.parent;
while(ancestor != null) {
//Update la hauteur du parent direct
ancestor.hauteur = Math.max(ancestor.hauteur, this.hauteur+1) ;
//System.out.println("Dans le while =========------------------------- Ancestor = " + ancestor.getKey() + " Current = " + current.getKey());
//Itérer sur le prochain ancêtre
//current = ancestor;
ancestor = ancestor.parent;
}
/*
* Cette facon de procéder cause un java.lang.StackOverflowError avec un nombre élever d'entrer
* car pour chaque feuille, les appels se font en O(hauteur de l'arbre)
//Update la hauteur du parent direct
this.parent.hauteur = Math.max(this.parent.hauteur, this.hauteur+1) ;
//Appel recursif sur les ancêtres
this.parent.updateAncestorHeight();
*/
}
private void setHeight(int h) {
this.hauteur = h;
}
@Override
public String toString() {
return "[key=" + key + ""
+ ", value=" + value + ""
+ ", parent=" +((this.parent != null )? parent.getKey() : "null") + ""
+ ", filsgauche=" + ((filsgauche != null )? filsgauche.getKey() : "null") + ""
+ ", filsdroit=" +((filsdroit != null )? filsdroit.getKey() : "null") + ""
+ ", hauteur=" + this.hauteur +"]\n\t\t";
}
}
}