使用python实现一个表达红黑树的demo

下面是一个用 Python 实现红黑树的简单示例代码：

class Node:
    def __init__(self, val):
        self.val = val
        self.left = None
        self.right = None
        self.color = 1

class RedBlackTree:
    def __init__(self):
        self.nil = Node(0)
        self.nil.color = 0
        self.root = self.nil

    def rotate_left(self, x):
        y = x.right
        x.right = y.left
        if y.left != self.nil:
            y.left.parent = x
        y.parent = x.parent
        if x.parent == self.nil:
            self.root = y
        elif x == x.parent.left:
            x.parent.left = y
        else:
            x.parent.right = y
        y.left = x
        x.parent = y

    def rotate_right(self, x):
        y = x.left
        x.left = y.right
        if y.right != self.nil:
            y.right.parent = x
        y.parent = x.parent
        if x.parent == self.nil:
            self.root = y
        elif x == x.parent.right:
            x.parent.right = y
        else:
            x.parent.left = y
        y.right = x
        x.parent = y

    def insert(self, key):
        node = Node(key)
        node.parent = None
        node.val = key
        node.left = self.nil
        node.right = self.nil
        node.color = 1

        y = None
        x = self.root

        while x != self.nil:
            y = x
            if node.val < x.val:
                x = x.left
            else:
                x = x.right

        node.parent = y
        if y == None:
            self.root = node
        elif node.val < y.val:
            y.left = node
        else:
            y.right = node

        if node.parent == None:
            node.color = 0
            return

        if node.parent.parent == None:
            return

        self.fix_insert(node)

    def fix_insert(self, k):
        while k.parent.color == 1:
            if k.parent == k.parent.parent.right:
                u = k.parent.parent.left
                if u.color == 1:
                    u.color = 0
                    k.parent.color = 0
                    k.parent.parent.color = 1
                    k = k.parent.parent
                else:
                    if k == k.parent.left:
                        k = k.parent
                        self.rotate_right(k)
                    k.parent.color = 0
                    k.parent.parent.color = 1
                    self.rotate_left(k.parent.parent)
            else:
                u = k.parent.parent.right

                if u.color == 1:
                    u.color = 0
                    k.parent.color = 0
                    k.parent.parent.color = 1
                    k = k.parent.parent
                else:
                    if k == k.parent.right:
                        k = k.parent
                        self.rotate_left(k)
                    k.parent.color = 0
                    k.parent.parent.color = 1
                    self.rotate_right(k.parent.parent)
            if k == self.root:
                break
        self.root.color = 0

    def inorder(self, node):
        if node == self.nil:
            return
        self.inorder(node.left)
        print(node.val, end=' ')
        self.inorder(node.right)

tree = 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.inorder(tree.root)

该示例代码实现了红黑树的插入和中序遍历。其中，节点颜色用 1 表示红色，0 表示黑色，nil 表示空节点（即叶节点）。在插入节点时，通过 fix_insert 方法修正红黑树的性质，使其满足以下特征：

1. 每个节点要么是黑色，要么是红色。
2. 根节点是黑色。
3. 每个叶节点（nil）是黑色。
4. 如果一个节点是红色的，则其子节点必须是黑色的。
5. 从一个节点到该节点的子孙节点的所有路径上包含相同数目的黑色节点。