1.红黑树描述:它或是一颗空树,或是具有下面属性的二叉搜索树:
1)节点非红即黑;
2)根节点是黑色;
3)所有NULL结点称为叶子节点,且认为颜色为黑 ;
4)所有红节点的子节点都为黑色;
5)从任一节点到其叶子节点的所有路径上都包含相同数目的黑节点。
插入和删除操作时间可以保持为 O(log n) 次,图1(本文图来自维基百科)是一个具体的红黑树:
图1:红黑树
2.红黑树插入:假设插入节点为红,根据邻近结点的颜色进行具体调整:
1)为空树,直接插入,把颜色变换为黑;
2)插入结点的父结点为黑,直接插入,不做调整;
3)插入结点父结点和叔父结点都为红,则把他们两个重设置为黑,设置其祖父结点为红,设置过程如图2。以递归的方式检验整个树。
图2:父叔结点都为红的处理过程
4)父节点是红色而叔父节点是黑色或缺少,新节点是其父节点的左子节点,而父节点又是祖父节点的左子节点。进行针对祖父节点的一次右旋转,在旋转产生的树中,以前的父节点现在是新节点和以前的祖父节点的父节点,如图3所示。
图3:父红叔为黑或缺少,父为祖父左子树处理
5)父节点是红色而叔父节点是黑色或缺少,新节点是其父节点的右子节点而父节点又是祖父节点的左子节点。进行一次左旋转调换新节点和其父节点的角色,然后按照4)进行处理。
图4:父红叔为黑或缺少,父为祖父左子树处理
3.红黑树删除:
1)删除是新的根,直接操作。
2)S是红色,在N的父亲上做左旋转,把红色兄弟转换成N的祖父,我们接着对调N的父亲和祖父的颜色。
图5:S是红的处理
3)N的父亲、S和S的儿子都是黑色的。在这种情形下,我们简单的重绘S为红色。结果是通过S的所有路径,它们就是以前不通过N的那些路径,都少了一个黑色节点。
图6:N的父亲、S和S的儿子都是黑色的处理
4)S和S的儿子都是黑色,但是N的父亲是红色。在这种情形下,我们简单的交换N的兄弟和父亲的颜色。
图7:S和S的儿子都是黑色,N的父亲是红色处理
5)S是黑色,S的左儿子是红色,S的右儿子是黑色,而N是它父亲的左儿子。在这种情形下我们在S上做右旋转,这样S的左儿子成为S的父亲和N的新兄弟。我们接着交换S和它的新父亲的颜色。
图8:S是黑色,S的左儿子是红色,S的右儿子是黑色,而N是它父亲的左儿子处理
6)S是黑色,S的右儿子是红色,而N是它父亲的左儿子。在这种情形下我们在N的父亲上做左旋转,这样S成为N的父亲(P)和S的右儿子的父亲。
图9:S是黑色,S的右儿子是红色,而N是它父亲的左儿子