二叉查找树、红黑树

1.什么是二叉查找树?

解释:二叉查找树,二叉搜索树,二叉排序树,三个都是一个意思
1.左子树上所有结点的值均小于或等于它的根结点的值。

2.右子树上所有结点的值均大于或等于它的根结点的值。

3.左、右子树也分别为二叉查找树。

下图中这棵树,就是一颗典型的二叉查找树:
在这里插入图片描述
优点:
这种方式正是二分查找的思想,查找所需的最大次数等同于二叉查找树的高度。
在插入节点的时候也是利用类似的方法,通过一层一层比较大小,找到新节点适合插入的位置
缺陷:我们来看二叉查找树的缺陷
在这里插入图片描述
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很明显地看到二叉查找树变成了一个瘸子,正是如此吗,这样的形态虽然也符合二叉查找树的特性,但是查找的性能大打折扣,几乎变成了线性

为了解决多次插入新节点而导致的二叉查找树失去平衡,我们来看一下“红黑树”吧!

2.什么是红黑树?

“红黑树”,它一种特殊的二叉查找树。(解释:意思就是说满足二叉查找树的所有特性)(解释:二叉查找树,二叉搜索树,二叉排序树,三个都是一个意思)红黑树的每个节点上都有存储位表示节点的颜色,可以是红(Red)或黑(Black)。
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。解析其实这句话就解释了从根节点到每个叶子节点的路径上,红节点的数目肯定只是小于黑节点的数目(因为根节点和叶子节点都是黑色,而根节点和叶子节点之间的路径可以由红黑交叉,但是红的又不能连续,所以总体来说从根节点到每个叶子节点的路径上,红节点的数目肯定只是小于黑节点的数目))
5.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。
在这里插入图片描述
正是因为这些规则限制,才保证了红黑树的自平衡。红黑树从根到叶子的最长路径不会超过最短路径的两倍。(解析:根据上述说的第5点,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。可以这样算,假设最长的路径是红黑交叉(该最长路径由n个黑和最多n-1个(为什么是最多n-1个,上述第4点已经证明)红组成),而最短的路径是全黑(黑节点为n个)

缺陷:别看上面“红黑树”定义的已经很好了,但是当插入或者删除节点的时候,红黑树的规则有可能被打破。这时候就需要做出一些调整来维持我们的规则

什么情况下会破坏红黑树的规则,什么情况下不会破坏规则呢?我们举两个简单的栗子:
1.向原红黑树插入值为14的新节点:
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由于父节点15是黑色节点,因此这种情况并不会破坏红黑树的规则,无需做任何调整。

2.向原红黑树插入值为21的新节点:
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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。 有人心想,把21这个节点变成黑色不就行了嘛,还真的不行,请看上述红黑树第5条的定义,从根节点到每个叶子节点的路径上的黑节点树相等才行

调整有两种方法:【变色】和【旋转】。而旋转又分成两种形式:【左旋转】和【右旋转】

先说【变色】吧
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。

下图所表示的是上述红黑树的一部分,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:
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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:
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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:
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接下来说一下【左旋转】
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。说起来很怪异,大家看下图:
在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
图中,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。
至于更多详情,可以参考下面的漫画链接:
https://juejin.im/post/5a27c6946fb9a04509096248#comment

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