数据结构---红黑树(RBTree)

    xiaoxiao2022-07-13  148

    1.01 红黑树

    -红黑树是每个节点都带有颜色属性的二叉搜索树,颜色或红色或黑色。 -红黑树(Red Black Tree) 是一种自平衡二叉查找树,是在计算机科学中用到的一种数据结构,典型的用途是实现关联数组。 -红黑树和AVL树类似,都是在进行插入和删除操作时通过特定操作保持二叉查找树的平衡,从而获得较高的查找性能。 -它虽然是复杂的,但它的最坏情况运行时间也是非常良好的,并且在实践中是高效的: 它可以在O(log n)时间内做查找,插入和删除,这里的n 是树中元素的数目。

    1.02 2-3树 学习2-3树,不仅对于理解红黑树有帮助,对于理解B类树,也是有巨大帮助的。 B类树(文件系统,磁盘存储,数据库)

    2-3树性质:

    满足二分搜索树的基本性质 其本身不是二叉树 结点可以存放一个元素或者两个元素 结点有两个孩子或者三个孩子

    2-3树,如图: 注意:2-3树是一种绝对平衡的树,从根节点到任意叶子结点所经过的节点数一定相同。

    1.03 红黑树

    红黑树和2-3树是等价性 (换句话说,对于每个 2-3-4 树,都存在至少一个数据元素是同样次序的红黑树。在 2-3-4 树上的插入和删除操作也等同于在红黑树中颜色翻转和旋转。这使得 2-3-4 树成为理解红黑树背后的逻辑的重要工具,这也是很多介绍算法的教科书在红黑树之前介绍 2-3-4 树的原因,尽管 2-3-4 树在实践中不经常使用。)

    代码实现2-3树比较复杂,因为既要操作2结点还要操作3结点,没有像之前统一操作结点方便,所以产生出红黑树。

    性质:

    在二叉查找树强制一般要求以外,对于任何有效的红黑树我们增加了如下的额外要求: 性质1. 每个节点是红色或黑色。 性质2. 根节点是黑色。 性质3 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) 性质4. 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。 性质5.每个节点的叶子结点(最后的空结点)默认是黑色的。

    最大高度:2logn 时间复杂度:O(logn) 相对于AVL而言,插入元素和删除元素更加便捷。

    注意:严格意义讲红黑树不是平衡二叉树,是一个对于其黑结点绝对平衡的树。

    红黑树中添加新元素:

    2-3树中添加一个新元素

    添加到2结点,形成3结点添加到3结点,暂时形成4结点,在拆解 所以,新来的元素总要和当前叶子结点融合,所以永远新元素为红色 但是根节点必须是黑色的。

    情况1 插入比根节点小的元素 情况2 插入比根节点大的元素 情况3 已有3结点时,插入比根节点大的元素 情况4 已有3结点时,插入最小元素 情况5 已有3结点时,插入中等元素 总结: 对于完全随机的数据,普通的二分搜索树很好用! 缺点:极端情况退化成链表(或者高度不平衡)

    对于插叙较多的使用情况,AVL树很好用! 红黑树牺牲了平衡性(2logn的高度)

    红黑树统计性能更优(总和增删改查所有的操作) 还有类似的SplayTree伸展树

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