红黑树 详解

Posted on By Guanzhou Song

红黑树

红黑树的特点

  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)

  1. 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。

下图中这棵树,就是一颗典型的红黑树:

以上规则保证了红黑树从root到leaf的最长路程不会超过最短路径的2倍

插入

红黑树在插入时平衡性会被破坏,需要重新平衡

1.向原红黑树插入值为14的新节点:

2.向原红黑树插入值为21的新节点:

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。

变色

为了重新符合红黑树的规则,尝试把红色节点变为黑色,或者把黑色节点变为红色。

下图所表示的是红黑树的一部分,需要注意节点25并非根节点。因为节点21和节点22连续出现了红色,不符合规则4,所以把节点22从红色变成黑色:

但这样并不算完,因为凭空多出的黑色节点打破了规则5,所以发生连锁反应,需要继续把节点25从黑色变成红色:

此时仍然没有结束,因为节点25和节点27又形成了两个连续的红色节点,需要继续把节点27从红色变成黑色:

旋转

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。

图中,身为右孩子的Y取代了X的位置,而X变成了自己的左孩子。此为左旋转。

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:

身为左孩子的Y取代了X的位置,而X变成了自己的右孩子。此为右旋转。

红黑树的用处

JDK中, TreeMap, TreeSet底层为红黑树实现

1.8中的HashMap也用到了红黑树

总结

关键要懂得红黑树自平衡调整的主体思想

Reference

30张图带你彻底理解红黑树

漫画:什么是红黑树?

TreeSet and TreeMap