KD-Tree学习笔记
参考:https://trinkle23897.github.io/pdf/K-D%20Tree.pdf
KD-Tree是一种维护K维空间点的类似BST的数据结构。绝大多数时候只用来维护二维空间的点,因为维度越高复杂度越辣鸡。下面只考虑平面上的KD-Tree,即2D-Tree。
KD-Tree以分割平面来实现类似BST的建树。具体的,取该坐标中位数(即相当于划了一条直线)将点集划分成两部分,刚好被取作中位数的点放在该节点,并记录该节点管辖的平面区域范围。剩余的点分别放进左右儿子,递归建树。由于只需要按中位数分割,可以使用nth_element去掉排序的log。每次用来划分的维度应交替(或者随机,总之越均匀越好)选择,以保证之后查询的玄学复杂度。建树复杂度显然是O(nlogn)。
KD-Tree最常用的是用来查找某点的曼哈顿/欧几里得距离最近点。具体做法实际上就是A*,即考虑应该往一个节点的左儿子还是右儿子继续查找时,通过节点的平面区域范围给它一个估价函数(当然不劣于实际),如果估价劣于已经找到的最优答案,当然不继续递归,否则优先递归估价较优的。据说复杂度随机O(logn),能卡到O(√n)。
同时KD-Tree还可以滋磁矩形查询。具体做法实际上就是线段树,即如果当前节点所管辖的范围被查询范围包含,直接返回该节点答案,否则暴力递归左右节点查询。复杂度同样是O(√n),丝毫不会证。
插入一个点是非常正常的操作,但是在KD-Tree里插入点有和BST一样的问题,即一不小心就不平衡了。如果可以离线,事实上可以先给所有点建好KD-Tree,将一开始不存在的点打上标记,实际插入该点时清除标记激活该点。如果强制在线,同样根据建树的方式找到点的插入位置,使用替罪羊式的重构或定期重构。
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