二叉树:红黑树
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2022-05-19 19:50:34
...
红黑树是一种自平衡的二叉树,它的查找,插入,删除操作时间复杂度皆为O(logN),不会出现普通二叉搜索树在最差情况时时间复杂度会变为O(N)的问题.
红黑树必须遵循红黑规则,规则如下
[b]1、每个节点不是红就是黑。
2、根总是黑的
3、如果节点是红的,它的子节点必须全部是黑的
4、从根到叶节点或者空子节点的每条路径,必须包含相同数量的黑色节点(黑色高度一致) [/b]
红黑树的插入操作比二叉搜索树复杂,为了保证黑红规则,要进行必要的变色和旋转.
[b]插入操作[/b]:
查找例程遇到一个有两个红色子节点的黑色节点时,必须要把子节点变成黑色,把父节点变成红色(除非父节点为根节点).这样做是为了连接新的红色节点更容易.但有可违背规则3,当违背规则3时,X为违规节点(子节点违规),P为X的父节点,G为P的父节点则:
如果X是G的外侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变P的颜色
3、以G为顶点旋转,向X上升的方向(即X为左外侧子孙就右旋,为右外侧子孙就左旋)
如果X是G的内侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变X的颜色
3、以P为顶点旋转,向X上升的方向
4、以G为顶点旋转,向X上升的方向
在找到要插入的位置并插入节点后,会面临2种情况,即:插入节点的父节点是红色的(违背规则3);插入节点的父节点是黑色的(不违规).在父节点是黑色的情况下就不需要再做什么处理.而如果是红色的又分为两种情况:插入节点是外侧子孙节点;插入节点是内侧子孙节点.两者的处理方式与插入例程中的相同,即:
如果P为红色,X是G的外侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变P的颜色
3、以G为顶点旋转,向X上升的方向
如果P为红色,X是G的内侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变X的颜色
3、以P为顶点旋转,向X上升的方向
4、以G为顶点旋转,向X上升的方向
[b]删除操作[/b]:
说实话,本人愚钝,研究插入操作蛋已经碎了一地,好不容易才粘起来,删除操作则更加的复杂,于是还是尽量回避删除操作的好,比如设个作废标记神马的...
[b]查找操作[/b]:
跟普通的二叉搜索树一样.
tree代码:
node代码:
红黑树必须遵循红黑规则,规则如下
[b]1、每个节点不是红就是黑。
2、根总是黑的
3、如果节点是红的,它的子节点必须全部是黑的
4、从根到叶节点或者空子节点的每条路径,必须包含相同数量的黑色节点(黑色高度一致) [/b]
红黑树的插入操作比二叉搜索树复杂,为了保证黑红规则,要进行必要的变色和旋转.
[b]插入操作[/b]:
查找例程遇到一个有两个红色子节点的黑色节点时,必须要把子节点变成黑色,把父节点变成红色(除非父节点为根节点).这样做是为了连接新的红色节点更容易.但有可违背规则3,当违背规则3时,X为违规节点(子节点违规),P为X的父节点,G为P的父节点则:
如果X是G的外侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变P的颜色
3、以G为顶点旋转,向X上升的方向(即X为左外侧子孙就右旋,为右外侧子孙就左旋)
如果X是G的内侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变X的颜色
3、以P为顶点旋转,向X上升的方向
4、以G为顶点旋转,向X上升的方向
在找到要插入的位置并插入节点后,会面临2种情况,即:插入节点的父节点是红色的(违背规则3);插入节点的父节点是黑色的(不违规).在父节点是黑色的情况下就不需要再做什么处理.而如果是红色的又分为两种情况:插入节点是外侧子孙节点;插入节点是内侧子孙节点.两者的处理方式与插入例程中的相同,即:
如果P为红色,X是G的外侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变P的颜色
3、以G为顶点旋转,向X上升的方向
如果P为红色,X是G的内侧子孙节点:
1、改变G的颜色
2、改变X的颜色
3、以P为顶点旋转,向X上升的方向
4、以G为顶点旋转,向X上升的方向
[b]删除操作[/b]:
说实话,本人愚钝,研究插入操作蛋已经碎了一地,好不容易才粘起来,删除操作则更加的复杂,于是还是尽量回避删除操作的好,比如设个作废标记神马的...
[b]查找操作[/b]:
跟普通的二叉搜索树一样.
tree代码:
public class Tree {
private Node root;
/**
* 插入数据
* @param data
*/
public void insert(int data){
Node node = new Node(data);
if(this.root == null){
this.setRoot(node);
return;
}
Node current = this.root;
while(true){
//在变色后如果违反规则3,旋转平衡
if(!this.changeColor(current)){
this.rotate(current);
}
if(current.getData() > data){
if(current.hasLeft()){
current = current.getLeft();
}else{
current.setLeft(node);
break;
}
}else if(current.getData() < data){
if(current.hasRihgt()){
current = current.getRight();
}else{
current.setRight(node);
break;
}
}else{
current.setValid(true);
return;
}
}
//插入后如果违反规则3,旋转平衡
if(node.getParent().isRed()){
this.rotate(node);
}
}
/**
* 查找数据
* @param key
*/
public void find(int key){
Node node = this.findNode(key);
if(node != null && node.isValid()){
System.out.println(node);
}else{
System.out.println("No find");
}
}
/**
* 删除节点
* @param key
*/
public void remove(int key){
Node node = this.findNode(key);
if(node != null){
node.setValid(false);
}
}
/**
* 树是否为空
* @return
*/
public boolean isEmpty(){
return this.root == null;
}
/**
* 清空树
*/
public void clear(){
this.setRoot(null);
}
/**
* 查找节点
* @param i
* @return
*/
private Node findNode(int key){
Node current = this.root;
while(current != null){
if(current.getData() > key){
current = current.getLeft();
}else if(current.getData() < key){
current = current.getRight();
}else{
return current;
}
}
return null;
}
/**
* 右旋转
* @param top 顶点
*/
private void rotateRight(Node top){
if(top.hasLeft()){
Node parent = top.getParent();
Node left = top.getLeft();
if(left.hasRihgt()){
top.setLeft(left.getRight());
}else{
top.setLeft(null);
}
if(!top.isRoot()){
if(top.isLeft()){
parent.setLeft(left);
}else{
parent.setRight(left);
}
}else{
this.setRoot(left);
}
left.setRight(top);
}
}
/**
* 左旋转
* @param top 顶点
*/
private void rotateLeft(Node top){
if(top.hasRihgt()){
Node parent = top.getParent();
Node right = top.getRight();
if(right.hasLeft()){
top.setRight(right.getLeft());
}else{
top.setRight(null);
}
if(!top.isRoot()){
if(top.isLeft()){
parent.setLeft(right);
}else{
parent.setRight(right);
}
}else{
this.setRoot(right);
}
right.setLeft(top);
}
}
/**
* 如果一个节点的为黑色,并且它的两个子节点均为红色,将父节点变味红色,子节点变为黑色
* @param node 父节点
* @return 是否违反规则3,false为违反
*/
private boolean changeColor(Node node){
if(node.isBlack() && node.hasLeft() && node.hasRihgt()
&& node.getLeft().isRed() && node.getRight().isRed()){
node.getLeft().changeColor();
node.getRight().changeColor();
if(!node.isRoot()){
node.changeColor();
if(node.getParent().isRed()){
return false;
}
}
}
return true;
}
/**
* 在违反规则3时做旋转操作平衡
* @param node 违规节点
*/
private void rotate(Node node){
Node p = node.getParent();
Node g = p.getParent();
//当节点是外侧子孙节点的时候
if(this.isRR(node) || this.isLL(node)){
p.changeColor();
g.changeColor();
if(node.isRight()){
this.rotateLeft(g);
}else{
this.rotateRight(g);
}
//当节点是内侧子孙节点的时候
}else{
g.changeColor();
node.changeColor();
if(node.isRight()){
this.rotateLeft(p);
this.rotateRight(g);
}else{
this.rotateRight(p);
this.rotateLeft(g);
}
}
}
/**
* 判断节点是否是父节点的右节点,并且父节点是否是祖父节点的右节点
* @return
*/
private boolean isRR(Node node){
return node.isRight() && node.getParent().isRight();
}
/**
* 判断节点是否是父节点的左节点,并且父节点是否是祖父节点的左节点
* @return
*/
private boolean isLL(Node node){
return node.isLeft() && node.getParent().isLeft();
}
/**
* 设置根节点
* @param node
*/
private void setRoot(Node node){
this.root = node;
if(this.isEmpty()){
return;
}
this.root.setParent(null);
if(this.root.isRed()){
this.root.changeColor();
}
}
}
node代码:
public class Node {
private boolean color;//true是红,false是黑
private Node parent;
private Node left;
private Node right;
private int data;
private boolean valid;
public Node(int data) {
this.data = data;
this.color = true;
this.valid = true;
}
public int getData() {
return data;
}
public void setData(int data) {
this.data = data;
}
public Node getLeft() {
return left;
}
public void setLeft(Node left) {
this.left = left;
if (left != null) {
left.setParent(this);
}
}
public Node getParent() {
return parent;
}
public void setParent(Node parent) {
this.parent = parent;
}
public Node getRight() {
return right;
}
public void setRight(Node right) {
this.right = right;
if (right != null) {
right.setParent(this);
}
}
public void setValid(boolean flag){
this.valid = flag;
}
public boolean isValid(){
return this.valid;
}
public boolean hasLeft() {
return this.left != null;
}
public boolean hasRihgt() {
return this.right != null;
}
public boolean isRed() {
return this.color;
}
public boolean isBlack() {
return !this.color;
}
public boolean isRoot() {
return this.parent == null;
}
public boolean isLeft(){
if(this.isRoot()){
return false;
}
return this.parent.getLeft() == this;
}
public boolean isRight(){
if(this.isRoot()){
return false;
}
return this.parent.getRight() == this;
}
public void changeColor() {
this.color = !this.color;
}
}
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