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说说什么是红黑树?

什么是红黑树

分析&回答


红黑树介绍

R-B Tree,全称是Red-Black Tree,又称为“红黑树”,红黑树就是一种平衡的二叉查找树,说他平衡的意思是他不会变成“瘸子”,左腿特别长或者右腿特别长。除了符合二叉查找树的特性之外,还具体下列的特性:

  1. 每个节点或者是黑色,或者是红色。
  2. 根节点是黑色。
  3. 每个叶子节点(NIL)是黑色。 [注意:这里叶子节点,是指为空(NIL或NULL)的叶子节点!]
  4. 如果一个节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的。
  5. 从一个节点到该节点的子孙节点的所有路径上包含相同数目的黑节点。

注意:

  • 特性 3 中的叶子节点,是只为空(NIL或null)的节点。
  • 特性 5,确保从根到叶子的最长路径最多不会超过最短路径的两倍。红黑树是相对是接近平衡的二叉树。

红黑树示意图如下:

image.png

红黑树的应用

红黑树的应用比较广泛,主要是用它来存储有序的数据,它的时间复杂度是O(lgn),效率非常之高。
例如,Java集合中的TreeSet和TreeMap,C++ STL中的set、map,以及Linux虚拟内存的管理,都是通过红黑树去实现的。

自平衡策略

平衡策略可以简单概括为三种: 左旋转右旋转 ,以及 变色 。在插入或删除结点之后,只要我们沿着结点到根的路径上执行这三种操作,就可以最终让树重新满足定义。红黑树的主要难点在于插入和删除过程中的自平衡调整。红黑树自平衡策略

反思&扩展


红黑树和平衡二叉树的区别?

红黑树是一个二叉查找树,不像平衡二叉树要求所有节点左右子树高度差不超过1,红黑树只要求从一个节点到所有叶结点的路径中,最长路径不超过最短路径的两倍,所以红黑树只追求树的大致平衡。

因为对树平衡程度的不同要求,平衡二叉树在插入和删除的过程中会花费比较大的代价来维护树的平衡,所以平衡二叉树不适合插入、删除太多的场景。而红黑树只要求弱平衡,它做到了当插入和删除时,只需最多旋转3次就能实现一定程度的平衡,所以能将查询、插入和删除的时间复杂度维持在对数级别(O(logn))


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