基本操作及Java代码实现-红黑树-数据结构和算法_红黑树成员变量有几个

基本操作及Java代码实现-红黑树-数据结构和算法

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目录

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内容

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上面一篇介绍了红黑树的概念、特征和时间复杂度，这里我们进一步讲解红黑树的基础操作和Java代码实现。

数据结构基本操作添加、修改、删除、查询，红黑树做为一种特殊的二叉查找树，其查找和修改同二叉查找树；但是添加、删除和二叉查找树有很大区别。

道理很简单，添加或删除红黑树中的节点之后，红黑树就发生了变化，可能不满足红黑树的5条性质，也就不再是一颗红黑树了，而是一颗普通的树。而通过旋转，可以使这颗树重新成为红黑树。简单点说，旋转的目的是让树保持红黑树的特性。

所有Java代码基本参照HashMap TreeNode完成。

1、红黑树构建

1.1、红黑树的节点分析

红黑树作为一种数据结构，基本功能-存储数据；作为二叉树，有左右子树（节点）；具有自己独特的特点，每个节点都有颜色；为了方便查找某个节点的父级节点，用一个指针指向它 的父节点；

• 红黑树节点Java代码

static final class RBNode<K, V> {
        final K key; // 关键字
        V value; // 数据
        boolean red; // 是否是红色

        private RBNode<K, V> parent; // 父节点指针
        private RBNode<K, V> left; // 左子节点指针
        private RBNode<K, V> right; // 右子节点指针
		
		// 构造函数
        public RBNode(K key, V value, boolean red, RBNode<K, V> parent, RBNode<K, V> left, RBNode<K, V> right) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.red = red;
            this.parent = parent;
            this.left = left;
            this.right = right;
        }

		/**
		* 以当前节点起始，查找根节点
		*/
        final RBNode<K,V> root() {
            for (RBNode<K,V> r = this, p;;) {
                if ((p = r.parent) == null)
                    return r;
                r = p;
            }
        }
    }
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1.2、 红黑树成员变量

要查看红黑树，需要有一个切入点，就是红黑树的根节点；想要指定存储了几个元素，需要size变量。

1.3、红黑树的基本操作

• 左旋
• 右旋
• 插入
• 插入后平衡跳转
• 删除
• 删除后平衡跳转
• 判断是否为空
• 获取元素个数
• 打印
• 查找（根据节点key）

1.4、红黑树类代码

完整代码在最后仓库地址。

2.变色

因为上面我设计用布尔值存储节点的颜色信息，这个很容易实现，通过设置true，节点为红色；false,节点为黑色。
图示：

3、左旋

• 旋转过程图示：

• 步骤

1. 对目标节点p向左旋转（逆时针）
2. p节点右节点r的左节点rl 成为 p的右节点，如果rl不为空，rl的父节点变为p节点
3. p的父节点pp变为r的父节点，如果pp为空，则说明原p为根节点，现在根节点root指向r
4. 如果p为pp的左节点，则pp的左节点设置为r;否则pp的右节点设置为r。
5. p的父节点变为r,r的左节点变为p

• 代码实现

 // 左旋
    static <K, V> RBNode<K, V> rotateLeft(RBNode<K, V> root, RBNode<K, V> p) {
        RBNode<K, V> r, pp, rl;
        if (p != null && (r = p.right) != null) {
            if ((rl = p.right = r.left) != null)
                rl.parent = p;
            if ((pp = r.parent = p.parent) == null)
                (root = r).red = false;
            else if (pp.left == p)
                pp.left = r;
            else
                pp.right = r;
            r.left = p;
            p.parent = r;

        }
        return root;
    }
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3、右旋

• 旋转过程图示：

• 步骤

1. 对目标节点p向右旋转（顺时针）
2. p节点左节点l的右节点lr 成为 p的左节点，如果lr不为空，lr的父节点变为p节点
3. p的父节点pp变为l的父节点，如果pp为空，则说明原p为根节点，现在根节点root指向l
4. 如果p为pp的左节点，则pp的左节点设置为l;否则pp的右节点设置为l。
5. p的父节点变为pl,pl的左节点变为p

• 代码实现

 // 右旋
    static <K, V> RBNode<K, V> rotateRight(RBNode<K, V> root, RBNode<K, V> p) {
        RBNode<K, V> l, pp, lr;
        if (p != null && (l = p.left) != null) {
            if ((lr = p.left = l.right) != null)
                lr.parent = p;
            if ((pp = l.parent = p.parent) == null)
                (root = l).red = false;
            else if (pp.left == p)
                pp.left = l;
            else pp.right = l;
            l.right = p;
            p.parent = l;

        }
        return root;
    }
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后记 ：

  欢迎交流，本人QQ:806797785

项目源代码地址：https://gitee.com/gaogzhen/algorithm.git
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