1 package Tree;
2
3 import org.junit.Test;
4
5 class RedBlackTreeNode {
6
7 int key = 0;
8 RedBlackTreeNode left = null;
9 RedBlackTreeNode right = null;
10 RedBlackTreeNode parent = null;
11 // 色域,0表示黑色,1表示红色
12 int color;
13
14 public RedBlackTreeNode(int key) {
15 this.key = key;
16 }
17 }
18
19 /**
20 * 红黑树的四条性质 1,树中的结点要么是红结点要么是黑结点 2,根结点以及叶子结点都是黑结点 3,红结点的父亲结点一定是黑结点
21 * 4,同一层上的结点到叶子结点所经过的路径,黑高度相同,也就是路径上的黑结点个数相同
22 *
23 * @author jinfeng
24 *
25 */
26 public class RedBlackTree {
27
28 public RedBlackTreeNode nil = new RedBlackTreeNode(-1);
29
30 // 红黑树的查找功能,返回结点的引用
31 public RedBlackTreeNode redBlackTreeSearch(RedBlackTreeNode T, int number) {
32
33 if (T == nil || T.key == number)
34 return T;
35 if (number < T.key)
36 return redBlackTreeSearch(T.left, number);
37 else
38 return redBlackTreeSearch(T.right, number);
39
40 }
41
42 // 在红黑树T中对结点x进行左旋转
43 // 假设结点x的右结点不空
44 public RedBlackTreeNode leftRatation(RedBlackTreeNode T, RedBlackTreeNode x) {
45 // 1,将x的右结点的左子树y.left链接到x的右子树上
46 RedBlackTreeNode y = x.right;
47 x.right = y.left;
48 if (y.left != nil)
49 y.left.parent = x;
50 // 说明x结点是根结点
51 // 2,修改y结点的父指针以及左子树的指针
52 y.parent = x.parent;
53 if (x.parent == nil) {
54 T = y;
55 y.parent = nil;
56 } else if (x.parent.left == x)
57 x.parent.left = y;
58 else
59 x.parent.right = y;
60 y.left = x;
61 // 3,修改x结点的父指针
62 x.parent = y;
63 return T;
64 }
65
66 // 在红黑树T中对结点x进行右旋转
67 // 假设结点x的左结点不空
68 public RedBlackTreeNode rightRatation(RedBlackTreeNode T, RedBlackTreeNode x) {
69 // 1,将x的左结点的右子树y.right链接到x的左子树上
70 RedBlackTreeNode y = x.left;
71 x.left = y.right;
72 if (y.right != nil)
73 y.right.parent = x;
74 // 说明x结点是根结点
75 // 2,修改y结点的父指针以及右子树的指针
76 y.parent = x.parent;
77 if (x.parent == nil) {
78 T = y;
79 y.parent = nil;
80 } else if (x.parent.right == x)
81 x.parent.right = y;
82 else
83 x.parent.left = y;
84 y.right = x;
85 // 3,修改x结点的父指针
86 x.parent = y;
87 return T;
88 }
89
90 // 将结点z插入到红黑树T中
91 public RedBlackTreeNode redBlackTreeInsert(RedBlackTreeNode T,
92 RedBlackTreeNode z) {
93 // 树为空的情况
94 if (T == null) {
95 T = z;
96 T.parent = nil;
97 T.left = nil;
98 T.right = nil;
99 T.color = 0;
100 return T;
101 }
102 // 树非空的情况,假设所有节点都不相同,y始终记录x的父节点
103 RedBlackTreeNode y = null, x = T;
104 while (x != nil) {
105 y = x;
106 if (z.key < x.key)
107 x = x.left;
108 else
109 x = x.right;
110 }
111 if (z.key < y.key)
112 y.left = z;
113 else
114 y.right = z;
115 z.parent = y;
116 z.left = nil;
117 z.right = nil;
118 z.color = 1;
119 return redBlackTreeInsertFixup(T, z);
120 }
121
122 // 重新上色,以及进行旋转操作,以满足红黑树的性质
123 public RedBlackTreeNode redBlackTreeInsertFixup(RedBlackTreeNode T,
124 RedBlackTreeNode z) {
125 // y用来记录x结点的叔结点的位置
126 RedBlackTreeNode y = null;
127 while (z.parent.color == 1 && z != T) {
128 // 第一大类 ： z的父亲结点是祖父结点的左孩子
129 if (z.parent == z.parent.parent.left) {
130 y = z.parent.parent.right;
131 // case 1: z的叔结点y颜色是红色的
132 if (y.color == 1) {
133 z.parent.color = 0;
134 y.color = 0;
135 z.parent.parent.color = 1;
136 z = z.parent.parent;
137 }
138 // case 2: z的叔结点y的颜色是黑色的,同时z是z的父亲的右孩子
139 // 注意: 从case 2可以转化到case 3,这两种情况并不是完全独立的
140 else {
141 if (z.parent.right == z) {
142 z = z.parent;
143 T = leftRatation(T, z);
144 }
145 // case 3: z的叔结点y的颜色是黑色的,同时z是z的父亲的左孩子
146 z.parent.color = 0;
147 z.parent.parent.color = 1;
148 T = rightRatation(T, z.parent.parent);
149 }
150 }
151 // 第二大类 ： z的父亲结点是祖父结点的右孩子
152 else {
153 y = z.parent.parent.left;
154 // case 1: z的叔结点y颜色是红色的
155 if (y.color == 1) {
156 z.parent.color = 0;
157 y.color = 0;
158 z.parent.parent.color = 1;
159 z = z.parent.parent;
160 }
161 // case 2: z的叔结点y的颜色是黑色的,同时z是z的父亲的左孩子
162 // 注意: 从case 2可以转化到case 3,这两种情况并不是完全独立的
163 else {
164 if (z.parent.left == z) {
165 z = z.parent;
166 T = rightRatation(T, z);
167 }
168 // case 3: z的叔结点y的颜色是黑色的,同时z是z的父亲的右孩子
169 z.parent.color = 0;
170 z.parent.parent.color = 1;
171 T = leftRatation(T, z.parent.parent);
172 }
173 }
174 }
175 // 根结点的颜色可能会被赋值为红色,所以这里重新设置颜色
176 T.color = 0;
177 return T;
178 }
179
180 // 中序遍历红黑树T
181 public void inOrderRedBlackTree(RedBlackTreeNode T) {
182 if (T == nil)
183 return;
184 inOrderRedBlackTree(T.left);
185
186 System.out.println("key : " + T.key + " color : " + T.color
187 + ": parent " + T.parent.key + ", left " + T.left.key
188 + ", right " + T.right.key);
189 inOrderRedBlackTree(T.right);
190 }
191
192 @Test
193 public void test() {
194 // 在函数体内修改红黑树的头结点对象引用,必须同时将其返回,java语法
195 RedBlackTreeNode T = null;
196 RedBlackTreeNode treeNode = null;
197 int[] array = { 1, 2, 5, 7, 8, 11, 14, 15 };
198 // 模拟叶子结点,也就是哨兵
199 nil.color = 0;
200 for (int i = 0; i < array.length; ++i) {
201 treeNode = new RedBlackTreeNode(array[i]);
202 T = redBlackTreeInsert(T, treeNode);
203 }
204 inOrderRedBlackTree(T);
205 System.out.print(T.key);
206
207 }
208
209 }
时间： 2024-10-13 23:29:58