数据结构之旅:红黑树如何驱动 Set 和 Map

一、红黑树

1、定义

红黑树是一种二叉搜索树,在每个节点上增加一个存储位表示结点的颜色(红色或者黑色)。通过对任何一条从根到叶子的路径上各个结点着色方式的限制,红黑树确保不会有一条路径比其他路径长出两倍,因而这种树是一种接近平衡的。和AVL(平衡二叉搜索树)区别就是不需要严格计算并控制平衡因子使得左右子树之间的高度差不超过1的繁琐过程。

2、满足条件

(1)根节点是黑色。

(2)每个结点不是黑色就是红色

(3)对于每个结点,从该结点到其所有后代叶子结点的简单路径上均包含相同数目的黑色结点。

(4)每个叶子结点都是黑色的(这里的叶子结点和前面不同指的是空结点)。

定理: 红黑树中最长路径 中的结点的个数不会超过最短路径结点个数的两倍。

3、实现原理

(1)要保证插入结点一定是红色结点,否则会导致结点路径黑色结点个数增加,进而导致其他结点路径的黑色结点数目也要跟着变化。

(2)情景一:插入结点父结点为黑色,则直接插入即可,无需其他处理。

(3)情景二:插入结点cur、cur的父结点p和叔叔结点u均为红色(c,p,u均红)。

这种情况只需要颜色变更即可,首先将g变红,p,u变黑,然后如果g为根节点则直接将g变黑即可,如果g不是根节点,则需要将c结点变为cur结点,g,p,u按照相同规则更新,然后按照上述方法继续调整,直到父节点为黑色或者g为根节点。

(4)情景三:插入结点的父结点p为红色,并且叔叔结点u为黑色或者不存在的情况。

a、当叔叔结点存在且为黑色的情况:其中cur为p的左节点,并且p为g的左节点。下面图中的cur肯定不是插入结点,如果是插入结点的话,原来的二叉树就不满足红黑树的要求了,因此cur是因为下面结点更新颜色而导致变红的(原来是黑色)。

处理方法:将原来红黑树以g为中心向右旋转,然后进行颜色更新(p变黑,g变红)。

b、当叔叔结点不存在的情况:其中cur为p的左节点,并且p为g的左节点。这里的cur和上面不同的是,cur可以为当前插入结点,处理方法和上面一样。

c、当cur结点为parent结点的右结点,并且p为g的左节点。这里的cur不是插入结点原因和a一样。处理方法:首先要以parent为中心向左旋转,然后再以g为中心向右旋转,最后将cur变为黑色,然后g变为红色。

d、当叔叔结点不存在的情况:c结点为p结点的右结点,并且p为g的左节点。处理方式和方案c一样。

另外当p为g的右节点时,和上面一样仍然有四种情况,处理方式:在旋转过程中方向相反即可。

相关推荐
科技大视界13 分钟前
投资AI项目,传统尽调不够用了——李章虎律师拆解算法、数据、算力三大雷区
人工智能·算法·数据挖掘
郝学胜-神的一滴24 分钟前
算法实战:最小k个数——大顶堆的优雅解法
开发语言·数据结构·c++·python·程序人生·算法·排序算法
Irissgwe32 分钟前
算法滑动窗口
数据结构·算法
怪兽学LLM1 小时前
LeetCode 105. 从前序与中序遍历序列构造二叉树:分治递归思路详解
算法·leetcode·职场和发展
可编程芯片开发1 小时前
基于PI控制的三相整流器控制系统的simulink建模与仿真,包含超级电容充电和电机
算法
酿情师1 小时前
区块链共识算法深度拆解:PoW、PoS、PBFT、Raft 原理解析
算法·区块链·共识算法
hansang_IR1 小时前
【记录】「SCOI2016」三道模拟赛/26.7.12
c++·算法
退休倒计时2 小时前
【每日一题】LeetCode 39. 组合总和 TypeScript
算法·leetcode·typescript
不是az2 小时前
力控相关知识点
算法·机器学习·最小二乘法
战血石LoveYY2 小时前
Integer类型超限,导致数据异常
java·算法