紅黑樹是一種自平衡的二叉搜索樹,其實現可以通過以下步驟完成:
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定義紅黑樹的節點結構,包括關鍵字值、顏色(紅色或黑色)、左子節點、右子節點和父節點等屬性。
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定義紅黑樹類,包括插入、刪除、搜索、旋轉等操作。
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實現紅黑樹的插入算法:
- 當插入新節點時,首先按照二叉搜索樹的規則找到插入位置,并將新節點插入為紅色。
- 如果插入的新節點的父節點是黑色的,則不需要調整。
- 如果插入的新節點的父節點是紅色的,則需要進行顏色調整和旋轉操作,以保持紅黑樹的性質:
- 如果新節點的父節點的兄弟節點也是紅色的,則進行顏色翻轉。
- 如果新節點的父節點是其祖父節點的左子節點:
- 如果新節點是其父節點的右子節點,則進行左旋轉,將新節點的父節點變為新節點,然后進行右旋轉。
- 如果新節點的父節點是其祖父節點的右子節點:
- 如果新節點是其父節點的左子節點,則進行右旋轉,將新節點的父節點變為新節點,然后進行左旋轉。
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實現紅黑樹的刪除算法:
- 當刪除節點時,首先按照二叉搜索樹的規則找到要刪除的節點,并將其標記為葉子節點。
- 如果刪除的節點是紅色的,則直接刪除。
- 如果刪除的節點是黑色的,則可能會破壞紅黑樹的性質,需要進行調整:
- 如果刪除的節點有一個紅色子節點,則用紅色子節點替代刪除節點,并將顏色改為黑色。
- 如果刪除的節點是根節點,則不需要調整。
- 如果刪除的節點是其父節點的左子節點:
- 如果刪除的節點的兄弟節點是紅色的,則進行顏色調整和旋轉操作。
- 如果刪除的節點的兄弟節點是黑色的,并且兄弟節點的兩個子節點都是黑色的,則將兄弟節點變為紅色,并將父節點設為新的刪除節點。
- 如果刪除的節點的兄弟節點是黑色的,并且兄弟節點的右子節點是紅色的,則進行旋轉操作。
- 如果刪除的節點是其父節點的右子節點,則類似地進行調整。
通過以上步驟,可以實現紅黑樹的基本功能,保持樹的平衡性并滿足紅黑樹的性質。