如何用c语言实现红黑树以及什么是红黑树

时间: 2023-12-04 22:41:35 浏览: 39
红黑树是一种自平衡二叉查找树,它能够保证在最坏情况下基本动态集合操作的时间复杂度为O(log n)。红黑树的节点有红色和黑色之分,它们必须满足以下5个性质: 1. 每个节点要么是红色,要么是黑色。 2. 根节点是黑色的。 3. 每个叶子节点(NIL节点,空节点)是黑色的。 4. 如果一个节点是红色的,则它的两个子节点都是黑色的。 5. 对于每个节点,从该节点到其所有后代叶子节点的简单路径上,均包含相同数目的黑色节点。 以下是用C语言实现红黑树的基本步骤: 1. 定义红黑树节点的结构体,包括节点的颜色、键值、左右子节点等信息。 2. 定义红黑树的结构体,包括根节点、NIL节点等信息。 3. 实现红黑树的旋转操作,包括左旋和右旋。 4. 实现红黑树的插入操作,包括插入节点、调整节点颜色和旋转等操作。 5. 实现红黑树的删除操作,包括删除节点、调整节点颜色和旋转等操作。 6. 实现红黑树的查找操作,与普通二叉树的查找类似。 7. 实现红黑树的遍历操作,包括前序遍历、中序遍历和后序遍历。 以下是一个简单的C语言实现红黑树的例子,仅供参考: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define RED 0 #define BLACK 1 typedef int KEY_TYPE; typedef struct rbtree_node { int color; KEY_TYPE key; struct rbtree_node *left; struct rbtree_node *right; struct rbtree_node *parent; } rbtree_node; typedef struct rbtree { rbtree_node *root; rbtree_node *nil; } rbtree; rbtree_node *rbtree_create_node(KEY_TYPE key, int color, rbtree_node *nil) { rbtree_node *node = (rbtree_node *)malloc(sizeof(rbtree_node)); node->key = key; node->color = color; node->left = nil; node->right = nil; node->parent = nil; return node; } void rbtree_left_rotate(rbtree *T, rbtree_node *x) { rbtree_node *y = x->right; x->right = y->left; if (y->left != T->nil) { y->left->parent = x; } y->parent = x->parent; if (x->parent == T->nil) { T->root = y; } else if (x == x->parent->left) { x->parent->left = y; } else { x->parent->right = y; } y->left = x; x->parent = y; } void rbtree_right_rotate(rbtree *T, rbtree_node *y) { rbtree_node *x = y->left; y->left = x->right; if (x->right != T->nil) { x->right->parent = y; } x->parent = y->parent; if (y->parent == T->nil) { T->root = x; } else if (y == y->parent->left) { y->parent->left = x; } else { y->parent->right = x; } x->right = y; y->parent = x; } void rbtree_insert_fixup(rbtree *T, rbtree_node *z) { while (z->parent->color == RED) { if (z->parent == z->parent->parent->left) { rbtree_node *y = z->parent->parent->right; if (y->color == RED) { z->parent->color = BLACK; y->color = BLACK; z->parent->parent->color = RED; z = z->parent->parent; } else { if (z == z->parent->right) { z = z->parent; rbtree_left_rotate(T, z); } z->parent->color = BLACK; z->parent->parent->color = RED; rbtree_right_rotate(T, z->parent->parent); } } else { rbtree_node *y = z->parent->parent->left; if (y->color == RED) { z->parent->color = BLACK; y->color = BLACK; z->parent->parent->color = RED; z = z->parent->parent; } else { if (z == z->parent->left) { z = z->parent; rbtree_right_rotate(T, z); } z->parent->color = BLACK; z->parent->parent->color = RED; rbtree_left_rotate(T, z->parent->parent); } } } T->root->color = BLACK; } void rbtree_insert(rbtree *T, KEY_TYPE key) { rbtree_node *y = T->nil; rbtree_node *x = T->root; while (x != T->nil) { y = x; if (key < x->key) { x = x->left; } else { x = x->right; } } rbtree_node *z = rbtree_create_node(key, RED, T->nil); z->parent = y; if (y == T->nil) { T->root = z; } else if (key < y->key) { y->left = z; } else { y->right = z; } rbtree_insert_fixup(T, z); } rbtree_node *rbtree_search(rbtree *T, KEY_TYPE key) { rbtree_node *node = T->root; while (node != T->nil) { if (key < node->key) { node = node->left; } else if (key > node->key) { node = node->right; } else { return node; } } return T->nil; } void rbtree_inorder_walk(rbtree *T, rbtree_node *node) { if (node != T->nil) { rbtree_inorder_walk(T, node->left); printf("%d ", node->key); rbtree_inorder_walk(T, node->right); } } int main() { rbtree T; T.nil = (rbtree_node *)malloc(sizeof(rbtree_node)); T.nil->color = BLACK; T.root = T.nil; rbtree_insert(&T, 5); rbtree_insert(&T, 3); rbtree_insert(&T, 7); rbtree_insert(&T, 2); rbtree_insert(&T, 4); rbtree_insert(&T, 6); rbtree_insert(&T, 8); rbtree_inorder_walk(&T, T.root); return 0; } ```

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