二叉树与红黑树

红黑树工程中使用:

1.利用红黑树顺序功能(最小节点,最大节点);2.利用红黑树快速查找的功能,key-value。

红黑树的应用场景:

nginx中用来管理timer,epoll中用红黑树管理fd,linux进程调度 用红黑树管理进程控制块,C++STL中map,set的底层实现全是用的红黑树。

红黑树性质:

1节点不是红色就是黑色

2根节点是黑色的

3所有叶子节点是黑色的

4红节点的两个孩子节点是黑色的

5对于每个节点 到叶子节点所有路径上包含相同数量的黑色节点

4和5是O(lgn)的保证,

红黑树平衡的是黑色节点的高度,红节点方便做旋转。4意味着一条路径上不可能有两个连续的红节点,因此每个红节点后面都有一个黑节点。

对于定义5,结合定义4,即代表红黑树最长路径最多是最短路径的两倍



节点旋转:


节点旋转

总共有三个方向需要改变(标红处),因为每个节点有指向父节点的指针,所有需要6个指针需要改变。


左旋:以x为轴心,获取y


x指向y的指针 改变成 x指向y 的左子树


1

 y的左子树父指针指向 改变为 指向x


2

y的父指针 改变为指向 x的父指针所指


3

指向x的指针 改变成 指向 y :这个需要判断x的父节点是否为root节点 或者 x是父节点的左孩子还是右孩子。


4

y指向左子树的指针 改变成  y指向x 

5

 x的父指针指向 修改为指向y

6

以上6个步骤就是左旋。

右旋上面思想一致,在左旋的基础上进行修改:将x修改成y,将y修改成x,将left修改成right,将right修改成left即可。



红黑树插入节点:

插入的节点是最底下的叶子节点,插入节点设置为红色,不影响黑色的高度,此时只有插入在红色节点下面的时候才会进行调整(违背性质)。

也就是说插入节点的父节点是红色的,需要进行调整。

已知插入节点z是红色的,父节点是红色的:则z的祖父节点是黑色的,z的叔父节点可能是红色的可能是黑色的。

当前节点永远是红色的。

父节点是红色的,叔父节点也是红色的,两边的高度是一致的。

父节点是红色的,叔父节点是黑色的,父节点的高度要大于叔父节点,往叔父节点这边旋转。


z父节点是其祖父节点的左子树left:

调整情况1.叔父节点红色:  修改父节点color为black,当前节点color=black,祖父节点color=red;把当前节点设置为祖父节点。变色保持黑高,无需旋转。

调整情况2.叔父节点黑色 :2.1 如果z是父节点的右子树,以z的父节点为轴心进行左旋(z=z->parent);2.2设置当前节点的父节点color=black;祖父节点color=red,以祖父为轴心进行右旋

z父节点是其祖父节点的右子树,原理同上。




如何判断左旋还是右旋?哪边腿长,就往对方向旋转。



红黑树删除节点:

删除节点的实质是删除此节点的后继节点。后继的子树作为旋转的点。要删除的节点z被其后继节点y覆盖掉了,z是真正的删除节点,从z的左右子节点中选择一个节点进行调整

记作:覆盖节点(要删除的节点) z;真正删除的节点为y(后继节点),轴心节点为x。

后继节点(y):此节点没有子树,则后继节点是其父节点;此节点有子树,后继是其右子树中最小的节点。

删除节点z:如果z只有一个子节点,则后继节点y即为z本身,y =z;

真正删除除的节点是黑色的节点,才需要进行调整,红色不影响黑高。

y为黑色,x是y的右子树:

        如果x是红色的,把x变成黑色;

        如果x是黑色的,需要进行调整。

红黑树源码实现地址:红黑树源码

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