实现红黑树

时间: 2023-06-29 21:05:40 浏览: 111
红黑树是一种自平衡二叉搜索树,它的插入、删除和查找操作的时间复杂度都是 O(log n)。其中,n 是树中节点的数量。 红黑树的特点: 1. 每个节点都是红色或黑色。 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。 下面是红黑树的实现: ```python class Node: def __init__(self, key): self.key = key self.left = None self.right = None self.parent = None self.color = 1 # 1 for red, 0 for black class RedBlackTree: def __init__(self): self.nil = Node(None) self.nil.color = 0 self.root = self.nil def insert(self, key): node = Node(key) node.parent = None node.left = self.nil node.right = self.nil node.color = 1 y = None x = self.root while x != self.nil: y = x if node.key < x.key: x = x.left else: x = x.right node.parent = y if y is None: self.root = node elif node.key < y.key: y.left = node else: y.right = node if node.parent is None: node.color = 0 return if node.parent.parent is None: return self.fix_insert(node) def fix_insert(self, node): while node.parent.color == 1: if node.parent == node.parent.parent.right: u = node.parent.parent.left if u.color == 1: u.color = 0 node.parent.color = 0 node.parent.parent.color = 1 node = node.parent.parent else: if node == node.parent.left: node = node.parent self.right_rotate(node) node.parent.color = 0 node.parent.parent.color = 1 self.left_rotate(node.parent.parent) else: u = node.parent.parent.right if u.color == 1: u.color = 0 node.parent.color = 0 node.parent.parent.color = 1 node = node.parent.parent else: if node == node.parent.right: node = node.parent self.left_rotate(node) node.parent.color = 0 node.parent.parent.color = 1 self.right_rotate(node.parent.parent) if node == self.root: break self.root.color = 0 def left_rotate(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 is None: self.root = y elif x == x.parent.left: x.parent.left = y else: x.parent.right = y y.left = x x.parent = y def right_rotate(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 is None: self.root = y elif x == x.parent.right: x.parent.right = y else: x.parent.left = y y.right = x x.parent = y def inorder(self, root): if root == self.nil: return self.inorder(root.left) print(root.key, end=" ") self.inorder(root.right) def search(self, key): return self.search_helper(self.root, key) def search_helper(self, node, key): if node == self.nil or key == node.key: return node if key < node.key: return self.search_helper(node.left, key) return self.search_helper(node.right, key) def delete(self, key): self.delete_node_helper(self.root, key) def fix_delete(self, x): while x != self.root and x.color == 0: if x == x.parent.left: sib = x.parent.right if sib.color == 1: sib.color = 0 x.parent.color = 1 self.left_rotate(x.parent) sib = x.parent.right if sib.left.color == 0 and sib.right.color == 0: sib.color = 1 x = x.parent else: if sib.right.color == 0: sib.left.color = 0 sib.color = 1 self.right_rotate(sib) sib = x.parent.right sib.color = x.parent.color x.parent.color = 0 sib.right.color = 0 self.left_rotate(x.parent) x = self.root else: sib = x.parent.left if sib.color == 1: sib.color = 0 x.parent.color = 1 self.right_rotate(x.parent) sib = x.parent.left if sib.right.color == 0 and sib.right.color == 0: sib.color = 1 x = x.parent else: if sib.left.color == 0: sib.right.color = 0 sib.color = 1 self.left_rotate(sib) sib = x.parent.left sib.color = x.parent.color x.parent.color = 0 sib.left.color = 0 self.right_rotate(x.parent) x = self.root x.color = 0 def minimum(self, node): while node.left != self.nil: node = node.left return node def delete_node_helper(self, node, key): z = self.nil while node != self.nil: if node.key == key: z = node if node.key <= key: node = node.right else: node = node.left if z == self.nil: print("Couldn't find key in the tree") return y = z y_original_color = y.color if z.left == self.nil: x = z.right self.transplant(z, z.right) elif z.right == self.nil: x = z.left self.transplant(z, z.left) else: y = self.minimum(z.right) y_original_color = y.color x = y.right if y.parent == z: x.parent = y else: self.transplant(y, y.right) y.right = z.right y.right.parent = y self.transplant(z, y) y.left = z.left y.left.parent = y y.color = z.color if y_original_color == 0: self.fix_delete(x) def transplant(self, u, v): if u.parent is None: self.root = v elif u == u.parent.left: u.parent.left = v else: u.parent.right = v v.parent = u.parent ``` 上面的代码实现了红黑树的插入、删除、查找和中序遍历等操作。其中,`Node` 类表示树中的节点,它包含一个键值 `key`、左右子节点 `left` 和 `right`、父节点 `parent`,以及一个颜色 `color`,用 0 表示黑色,1 表示红色。 `RedBlackTree` 类包含了一个 NIL 节点 `nil` 和根节点 `root`。`insert` 方法用于插入节点,`fix_insert` 方法用于修复插入后可能违反红黑树性质的问题。`delete` 方法用于删除节点,`fix_delete` 方法用于修复删除后可能违反红黑树性质的问题。`transplant` 方法用于节点替换操作。 红黑树的查找操作和普通二叉搜索树相同,这里不再赘述。
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