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为什么要有红黑树?

首先来看一下二叉搜索树:
红黑树总结
其特点为:

1.左子树上所有结点的值均小于或等于它的根结点的值

2.右子树上所有结点的值均大于或等于它的根结点的值。

3.左、右子树也分别为二叉排序树。

其搜索的时间与树的深度有关,例如搜索10,会从9出发,10大于9,所以搜索9的右边13,10小于13,所以搜索13的左边11,10小于11,所以搜索11的左边,这样就找到10

但是这样的二叉搜索树有一个缺点,比如原来的树是这样:
红黑树总结
当我们接下来依次加入7、6、5、4、3,那么树就会变成下面这样,即退化成了链表,失去了其查找的优越性
红黑树总结

为了解决这个痛点,我们需要一个可以自适应保持其二叉搜索树特性的树,这就诞生了红黑树

红黑树

下面是一颗典型的红黑树:
红黑树总结
其特点为:

1.节点是红色或黑色。

2.根节点是黑色。

3.每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL节点)。

4 每个红色节点的两个子节点都是黑色。(从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点)

5.从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点

插入时:
1.向原红黑树插入值为14的新节点
红黑树总结
由于父节点15是黑色节点,因此这种情况并不会破坏红黑树的规则,无需做任何调整

2.向原红黑树插入值为21的新节点:
红黑树总结
由于父节点22是红色节点,因此这种情况打破了红黑树的规则4(每个红色节点的两个子节点都是黑色),必须进行调整,使之重新符合红黑树的规则
红黑树的调整主要分为下面两种方式:

  1. 变色
  2. 旋转(左旋转、右旋转)

变色:
红黑树总结
红黑树总结
红黑树总结

为了符合要求,会一直变色直到该子树满足红黑树的要求

左旋转:
逆时针旋转红黑树的两个节点,使得父节点被自己的右孩子取代,而自己成为自己的左孩子。说起来很怪异,大家看下图:
红黑树总结
右旋转:
顺时针旋转红黑树的两个节点,使得父节点被自己的左孩子取代,而自己成为自己的右孩子。大家看下图:
红黑树总结
当变色不足以满足红黑树结构要求时就会需要进行旋转,于红黑树自平衡的调整,插入和删除节点的时候都涉及到很多种Case,由于篇幅原因无法展开来一一列举,有兴趣的朋友可以参考维基百科,里面讲的非常清晰

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