【C++ RB树】

2024-03-16 13:12
文章标签 c++ rb

本文主要是介绍【C++ RB树】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

    • 红黑树
      • 红黑树的概念
      • 红黑树的性质
      • 红黑树节点的定义
      • 红黑树的插入
      • 代码实现
      • 总结

红黑树

AVL树是一颗绝对平衡的二叉搜索树，要求每个节点的左右高度差的绝对值不超过1，这样保证查询时的高效时间复杂度O( l o g 2 N ) log_2 N) log2​N)，但是要维护其绝对平衡，旋转的次数比较多。因此，如果一颗树的结构经常修改，那么AVL树就不太合适，所以就有了红黑树。

红黑树的概念

在这里插入图片描述
红黑树，是一种二叉搜索树，但在每个结点上增加一个存储位表示结点的颜色，可以是Red或Black。 通过对任何一条从根到叶子的路径上各个结点着色方式的限制，红黑树确保没有一条路径会比其他路径长出两倍，因而是接近平衡的。

红黑树的性质

  1. 每个节点不是红色就是黑色
  2. 根节点是黑色的
  3. 不存在连续的红色节点
  4. 任意一条从根到叶子的路径上的黑色节点的数量相同
    根据上面的性质，红黑树就可以确保没有一条路径会比其他路径长出两倍，因为每条路径上的黑色节点的数量相同，所以理论上最短边一定都是黑色节点，最长边一定是一黑一红的不断重复的路径。

红黑树节点的定义

	enum Color{RED,BLACK};template<class K, class V>struct RBTreeNode{RBTreeNode<K, V>* _left;RBTreeNode<K, V>* _right;RBTreeNode<K, V>* _parent;Color _col;pair<K, V> _kv;RBTreeNode(const pair<K, V>& kv):_left(nullptr),_right(nullptr),_parent(nullptr),_col(RED),_kv(kv){}};

插入新节点的颜色一定是红色，因为如果新节点的颜色是黑色，那么每条路径上的黑色节点的数量就不相同了，处理起来就比较麻烦，所以宁愿出现连续的红色节点，也不能让某一条路径上多出一个黑色节点。

红黑树的插入

1.根据二叉搜索树的规则插入新节点

bool Insert(const pair<K, V>& kv)
{if (_root == nullptr){_root = new Node(kv);_root->_col = BLACK;return true;}Node* curr = _root;Node* parent = nullptr;while (curr){if (curr->_kv.first < kv.first){parent = curr;curr = curr->_right;}else if (curr->_kv.first > kv.first){parent = curr;curr = curr->_left;}else{return false;}}curr = new Node(kv);if (parent->_kv.first < kv.first)parent->_right = curr;elseparent->_left = curr;curr->_parent = parent;
........

2.测新节点插入后，红黑树的性质是否造到破坏

bool Insert(const pair<K, V>& kv)
{if (_root == nullptr){_root = new Node(kv);_root->_col = BLACK;return true;}Node* curr = _root;Node* parent = nullptr;while (curr){if (curr->_kv.first < kv.first){parent = curr;curr = curr->_right;}else if (curr->_kv.first > kv.first){parent = curr;curr = curr->_left;}else{return false;}}curr = new Node(kv);if (parent->_kv.first < kv.first)parent->_right = curr;elseparent->_left = curr;curr->_parent = parent;while (parent && parent->_col == RED){Node* grandfather = parent->_parent;if (parent == grandfather->_left){Node* uncle = grandfather->_right;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;curr = grandfather;parent = curr->_parent;}else{if (curr == parent->_left){//      g//   p     u//cRotatoR(grandfather);parent->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}else{//      g//   p     u//    cRotatoL(parent);RotatoR(grandfather);curr->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}break;}}else{Node* uncle = grandfather->_left;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;curr = grandfather;parent = curr->_parent;}else{if (curr == parent->_right){//      g   //   u     p//           cRotatoL(grandfather);parent->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}else{//      g   //   u     p//        cRotatoR(parent);RotatoL(grandfather);curr->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}break;}}}_root->_col = BLACK;return true;
}
void RotatoL(Node* parent)
{Node* subR = parent->_right;Node* subRL = subR->_left;parent->_right = subRL;if (subRL)subRL->_parent = parent;subR->_left = parent;Node* ppnode = parent->_parent;parent->_parent = subR;if (parent == _root){_root = subR;subR->_parent = nullptr;}else{if (ppnode->_left == parent)ppnode->_left = subR;elseppnode->_right = subR;subR->_parent = ppnode;}
}
void RotatoR(Node* parent)
{Node* subL = parent->_left;Node* subLR = subL->_right;parent->_left = subLR;if (subLR)subLR->_parent = parent;subL->_right = parent;Node* ppnode = parent->_parent;parent->_parent = subL;if (parent == _root){_root = subL;subL->_parent = nullptr;}else{if (ppnode->_left == parent)ppnode->_left = subL;elseppnode->_right = subL;subL->_parent = ppnode;}
}

代码实现

#pragma once
#include <utility>namespace lw
{enum Color{RED,BLACK};template<class K, class V>struct RBTreeNode{RBTreeNode<K, V>* _left;RBTreeNode<K, V>* _right;RBTreeNode<K, V>* _parent;Color _col;pair<K, V> _kv;RBTreeNode(const pair<K, V>& kv):_left(nullptr),_right(nullptr),_parent(nullptr),_col(RED),_kv(kv){}};template<class K, class V>class RBTree{typedef RBTreeNode<K, V> Node;public:bool Insert(const pair<K, V>& kv){if (_root == nullptr){_root = new Node(kv);_root->_col = BLACK;return true;}Node* curr = _root;Node* parent = nullptr;while (curr){if (curr->_kv.first < kv.first){parent = curr;curr = curr->_right;}else if (curr->_kv.first > kv.first){parent = curr;curr = curr->_left;}else{return false;}}curr = new Node(kv);if (parent->_kv.first < kv.first)parent->_right = curr;elseparent->_left = curr;curr->_parent = parent;while (parent && parent->_col == RED){Node* grandfather = parent->_parent;if (parent == grandfather->_left){Node* uncle = grandfather->_right;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;curr = grandfather;parent = curr->_parent;}else{if (curr == parent->_left){//      g//   p     u//cRotatoR(grandfather);parent->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}else{//      g//   p     u//    cRotatoL(parent);RotatoR(grandfather);curr->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}break;}}else{Node* uncle = grandfather->_left;if (uncle && uncle->_col == RED){parent->_col = uncle->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;curr = grandfather;parent = curr->_parent;}else{if (curr == parent->_right){//      g   //   u     p//           cRotatoL(grandfather);parent->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}else{//      g   //   u     p//        cRotatoR(parent);RotatoL(grandfather);curr->_col = BLACK;grandfather->_col = RED;}break;}}}_root->_col = BLACK;return true;}void RotatoL(Node* parent){Node* subR = parent->_right;Node* subRL = subR->_left;parent->_right = subRL;if (subRL)subRL->_parent = parent;subR->_left = parent;Node* ppnode = parent->_parent;parent->_parent = subR;if (parent == _root){_root = subR;subR->_parent = nullptr;}else{if (ppnode->_left == parent)ppnode->_left = subR;elseppnode->_right = subR;subR->_parent = ppnode;}}void RotatoR(Node* parent){Node* subL = parent->_left;Node* subLR = subL->_right;parent->_left = subLR;if (subLR)subLR->_parent = parent;subL->_right = parent;Node* ppnode = parent->_parent;parent->_parent = subL;if (parent == _root){_root = subL;subL->_parent = nullptr;}else{if (ppnode->_left == parent)ppnode->_left = subL;elseppnode->_right = subL;subL->_parent = ppnode;}}void InOrder(){_InOrder(_root);}bool IsBalance(){if (_root && _root->_col == RED)return false;Node* left = _root;int count = 0;while (left){if (left->_col == BLACK)count++;left = left->_left;}return check(_root, 0, count);}private:bool check(Node* root, int count, int refBlackNumber){if (root == nullptr){if (count == refBlackNumber)return true;elsereturn false;}if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)return false;if (root->_col == BLACK)count++;return check(root->_left, count, refBlackNumber)&& check(root->_right, count, refBlackNumber);}void _InOrder(Node* root){if (root == nullptr)return;_InOrder(root->_left);cout << root->_kv.first << " : " << root->_kv.second << endl;_InOrder(root->_right);}Node* _root = nullptr;};
}

总结

红黑树和AVL树都是高效的平衡二叉树，增删改查的时间复杂度都是O( l o g 2 N log_2 N log2​N)，红黑树不追求绝对平衡，其只需保证最长路径不超过最短路径的2倍，相对而言，降低了插入和旋转的次数，所以在经常进行增删的结构中性能比AVL树更优，而且红黑树实现比较简单，所以实际运用中红黑树更多。

这篇关于【C++ RB树】的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/815605。

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