红黑树中的红色节点和黑色节点具有以下特点：
-
红色节点：
- 红色节点可以是根节点、内部节点或叶子节点。
- 红色节点的父节点必定是黑色节点。
- 红色节点的两个子节点都是黑色节点。
-
黑色节点：
- 黑色节点可以是根节点、内部节点或叶子节点。
- 黑色节点的子节点可以是红色节点或黑色节点。
- 黑色节点的子节点可以是空节点（叶子节点）。
查询数据的具体流程：
- 从根节点开始，比较目标值与当前节点的键值。
- 如果目标值小于当前节点的键值，则沿着左子树继续查找。
- 如果目标值大于当前节点的键值，则沿着右子树继续查找。
- 如果目标值等于当前节点的键值，则找到目标节点，查找完成。
- 如果到达叶子节点仍未找到目标节点，则表示目标值不存在于树中。
插入数据的具体流程：
- 将新节点插入到红黑树中的合适位置，作为一个红色节点。
- 根据红黑树的性质，可能需要进行一些调整来保持红黑树的平衡和性质。
- 如果插入的节点是根节点，将其颜色设置为黑色，满足性质1。
- 如果插入的节点的父节点是黑色节点，不会违反红黑树的性质，不需要进行额外操作。
- 如果插入的节点的父节点是红色节点，需要根据父节点和叔叔节点的颜色进行调整。
- 进行必要的旋转和变色操作，以保持红黑树的平衡和性质。
- 如果插入的节点的父节点和叔叔节点都是红色节点，将父节点和叔叔节点的颜色设为黑色，将祖父节点设为红色，再以祖父节点为基准进行后续调整。
- 如果插入的节点的父节点是红色节点，但叔叔节点是黑色节点或为空节点，需要进行旋转和变色操作，以保持红黑树的平衡。
- 检查红黑树的性质是否被保持，如果不满足，继续进行调整，直到红黑树恢复平衡。
总结起来，查询数据时根据键值的比较逐步向下遍历红黑树，直到找到目标节点或到达叶子节点。插入数据时将新节点插入到红黑树的合适位置，然后根据红黑树的性质进行调整和修复，以保持平衡性和性质的正确性。这些调整过程涉及到旋转和变色操作，以确保红黑树的性质得到满足。
java红黑树实现
下面是一个简单的 Java 实现红黑树的代码示例：
package com.zxl.day_20230603;
enum Color {
RED, BLACK
}
class Node {
int data;
Node parent;
Node left;
Node right;
Color color;
public Node(int data) {
this.data = data;
this.color = Color.RED;
}
}
public class RedBlackTree {
private Node root;
private Node nil;
public RedBlackTree() {
nil = new Node(0);
nil.color = Color.BLACK;
root = nil;
}
public void insert(int data) {
Node newNode = new Node(data);
Node current = root;
Node parent = nil;
while (current != nil) {
parent = current;
if (data < current.data) {
current = current.left;
} else {
current = current.right;
}
}
newNode.parent = parent;
if (parent == nil) {
root = newNode;
} else if (data < parent.data) {
parent.left = newNode;
} else {
parent.right = newNode;
}
newNode.left = nil;
newNode.right = nil;
newNode.color = Color.RED;
fixInsert(newNode);
}
private void fixInsert(Node node) {
while (node.parent.color == Color.RED) {
if (node.parent == node.parent.parent.left) {
Node uncle = node.parent.parent.right;
if (uncle.color == Color.RED) {
node.parent.color = Color.BLACK;
uncle.color = Color.BLACK;
node.parent.parent.color = Color.RED;
node = node.parent.parent;
} else {
if (node == node.parent.right) {
node = node.parent;
rotateLeft(node);
}
node.parent.color = Color.BLACK;
node.parent.parent.color = Color.RED;
rotateRight(node.parent.parent);
}
} else {
Node uncle = node.parent.parent.left;
if (uncle.color == Color.RED) {
node.parent.color = Color.BLACK;
uncle.color = Color.BLACK;
node.parent.parent.color = Color.RED;
node = node.parent.parent;
} else {
if (node == node.parent.left) {
node = node.parent;
rotateRight(node);
}
node.parent.color = Color.BLACK;
node.parent.parent.color = Color.RED;
rotateLeft(node.parent.parent);
}
}
}
root.color = Color.BLACK;
}
private void rotateLeft(Node node) {
Node rightChild = node.right;
node.right = rightChild.left;
if (rightChild.left != nil) {
rightChild.left.parent = node;
}
rightChild.parent = node.parent;
if (node.parent == nil) {
root = rightChild;
} else if (node == node.parent.left) {
node.parent.left = rightChild;
} else {
node.parent.right = rightChild;
}
rightChild.left = node;
node.parent = rightChild;
}
private void rotateRight(Node node) {
Node leftChild = node.left;
node.left = leftChild.right;
if (leftChild.right != nil) {
leftChild.right.parent = node;
}
leftChild.parent = node.parent;
if (node.parent == nil) {
root = leftChild;
} else if (node == node.parent.left) {
node.parent.left = leftChild;
} else {
node.parent.right = leftChild;
}
leftChild.right = node;
node.parent = leftChild;
}
public void printTree() {
printTree(root);
}
private void printTree(Node node) {
if (node != nil) {
printTree(node.left);
System.out.println(node.data + " " + node.color);
printTree(node.right);
}
}
public static void main(String[] args) {
RedBlackTree tree = new RedBlackTree();
tree.insert(7);
tree.insert(3);
tree.insert(18);
tree.insert(10);
tree.insert(22);
tree.insert(8);
tree.insert(11);
tree.insert(26);
tree.insert(2);
tree.insert(6);
tree.insert(13);
tree.printTree();
}
}
这个示例实现了红黑树的基本功能，包括插入和打印树。Node 类表示红黑树的节点，具有数据、父节点、左子节点、右子节点和颜色属性。RedBlackTree 类实现了红黑树的插入操作和辅助方法。
在 insert 方法中，首先将新节点插入到红黑树中，并将其颜色设为红色。然后，根据红黑树的性质进行修复操作，包括左旋、右旋和颜色调整。
rotateLeft 和 rotateRight 方法分别实现了左旋和右旋操作。这些操作用于保持红黑树的平衡。
fixInsert 方法用于修复插入操作可能破坏的红黑树性质。它根据不同的情况进行颜色调整和旋转操作，直到满足红黑树的性质。
printTree 方法用于打印红黑树的节点及其颜色。它使用中序遍历算法打印节点的数据和颜色。
在 main 方法中，我们创建了一个红黑树实例并插入一些节点，然后打印整棵树。
请注意，这只是一个简单的红黑树实现示例，仅包含基本的插入操作和打印功能。实际上，红黑树还可以支持删除、查找等操作，并且有更复杂的性质和规则需要遵循。完整的红黑树实现通常会更加复杂。