如何在Java中实现一个红黑树?

时间: 2024-03-09 07:45:33 浏览: 16
在Java中实现一个红黑树可以通过以下步骤: 1. 定义红黑树的节点结构,包括节点的值、颜色、父节点、左子节点和右子节点等属性。 ```java enum Color { RED, BLACK } class Node { int val; Color color; Node parent; Node left; Node right; public Node(int val) { this.val = val; this.color = Color.RED; // 新插入的节点默认为红色 } } ``` 2. 实现红黑树的插入操作,它要求按照红黑树的规则将新节点插入到正确的位置上,并通过旋转和变色操作来保持树的平衡。 ```java class RedBlackTree { Node root; public void insert(int val) { Node node = new Node(val); Node parent = null; Node current = root; // 查找新节点的插入位置 while (current != null) { parent = current; if (val < current.val) { current = current.left; } else { current = current.right; } } // 将新节点插入到树中 node.parent = parent; if (parent == null) { root = node; } else if (val < parent.val) { parent.left = node; } else { parent.right = node; } // 调整树的平衡 insertFixup(node); } private void insertFixup(Node node) { while (node.parent != null && node.parent.color == Color.RED) { // 父节点是祖父节点的左子节点 if (node.parent == node.parent.parent.left) { Node uncle = node.parent.parent.right; if (uncle != null && uncle.color == Color.RED) { // Case 1:叔叔节点是红色 node.parent.color = Color.BLACK; uncle.color = Color.BLACK; node.parent.parent.color = Color.RED; node = node.parent.parent; } else { // Case 2:叔叔节点是黑色,且当前节点是右子节点 if (node == node.parent.right) { node = node.parent; leftRotate(node); } // Case 3:叔叔节点是黑色,且当前节点是左子节点 node.parent.color = Color.BLACK; node.parent.parent.color = Color.RED; rightRotate(node.parent.parent); } } else { // 父节点是祖父节点的右子节点 Node uncle = node.parent.parent.left; if (uncle != null && uncle.color == Color.RED) { // Case 1:叔叔节点是红色 node.parent.color = Color.BLACK; uncle.color = Color.BLACK; node.parent.parent.color = Color.RED; node = node.parent.parent; } else { // Case 2:叔叔节点是黑色,且当前节点是左子节点 if (node == node.parent.left) { node = node.parent; rightRotate(node); } // Case 3:叔叔节点是黑色,且当前节点是右子节点 node.parent.color = Color.BLACK; node.parent.parent.color = Color.RED; leftRotate(node.parent.parent); } } } root.color = Color.BLACK; } private void leftRotate(Node node) { Node right = node.right; node.right = right.left; if (right.left != null) { right.left.parent = node; } right.parent = node.parent; if (node.parent == null) { root = right; } else if (node == node.parent.left) { node.parent.left = right; } else { node.parent.right = right; } right.left = node; node.parent = right; } private void rightRotate(Node node) { Node left = node.left; node.left = left.right; if (left.right != null) { left.right.parent = node; } left.parent = node.parent; if (node.parent == null) { root = left; } else if (node == node.parent.left) { node.parent.left = left; } else { node.parent.right = left; } left.right = node; node.parent = left; } } ``` 3. 实现红黑树的删除操作,它要求按照红黑树的规则删除指定的节点,并通过旋转和变色操作来保持树的平衡。 ```java class RedBlackTree { ... public void delete(int val) { Node node = search(val); if (node == null) { return; } Node replace = null; Color originalColor = node.color; if (node.left == null) { replace = node.right; transplant(node, node.right); } else if (node.right == null) { replace = node.left; transplant(node, node.left); } else { Node min = minimum(node.right); replace = min.right; originalColor = min.color; if (min.parent == node) { replace.parent = min; } else { transplant(min, min.right); min.right = node.right; min.right.parent = min; } transplant(node, min); min.left = node.left; min.left.parent = min; min.color = node.color; } if (originalColor == Color.BLACK) { deleteFixup(replace); } } private void deleteFixup(Node node) { while (node != root && node.color == Color.BLACK) { if (node == node.parent.left) { Node sibling = node.parent.right; if (sibling.color == Color.RED) { // Case 1:兄弟节点是红色 sibling.color = Color.BLACK; node.parent.color = Color.RED; leftRotate(node.parent); sibling = node.parent.right; } if (sibling.left.color == Color.BLACK && sibling.right.color == Color.BLACK) { // Case 2:兄弟节点和它的子节点都是黑色 sibling.color = Color.RED; node = node.parent; } else { if (sibling.right.color == Color.BLACK) { // Case 3:兄弟节点是黑色,兄弟节点的左子节点是红色,右子节点是黑色 sibling.left.color = Color.BLACK; sibling.color = Color.RED; rightRotate(sibling); sibling = node.parent.right; } // Case 4:兄弟节点是黑色,兄弟节点的右子节点是红色 sibling.color = node.parent.color; node.parent.color = Color.BLACK; sibling.right.color = Color.BLACK; leftRotate(node.parent); node = root; } } else { Node sibling = node.parent.left; if (sibling.color == Color.RED) { // Case 1:兄弟节点是红色 sibling.color = Color.BLACK; node.parent.color = Color.RED; rightRotate(node.parent); sibling = node.parent.left; } if (sibling.right.color == Color.BLACK && sibling.left.color == Color.BLACK) { // Case 2:兄弟节点和它的子节点都是黑色 sibling.color = Color.RED; node = node.parent; } else { if (sibling.left.color == Color.BLACK) { // Case 3:兄弟节点是黑色,兄弟节点的右子节点是红色,左子

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