BST
二叉查找树(Binary Search Tree,简称BST)是一棵二叉树,它的左子节点的值比父节点的值要小,右节点的值要比父节点的值大。它的高度决定了它的查找效率。
在理想的情况下,二叉查找树增删查改的时间复杂度为O(logN)(其中N为节点数),最坏的情况下为O(N)。当它的高度为logN+1时,我们就说二叉查找树是平衡的。
![](https://img.haomeiwen.com/i2220902/fe496c5b3dbf58e2.png)
BST存在的问题
BST存在的主要问题是,数在插入的时候会导致树倾斜,不同的插入顺序会导致树的高度不一样,而树的高度直接的影响了树的查找效率。理想的高度是logN,最坏的情况是所有的节点都在一条斜线上,这样的树的高度为N。
RBTree
基于BST存在的问题,一种新的树——平衡二叉查找树(Balanced BST)产生了。平衡树在插入和删除的时候,会通过旋转操作将高度保持在logN。其中两款具有代表性的平衡树分别为AVL树和红黑树。AVL树由于实现比较复杂,而且插入和删除性能差,在实际环境下的应用不如红黑树。
RBTree的定义
RBTree的定义如下:
- 1.任何一个节点都有颜色,黑色或者红色
- 2.根节点是黑色的
- 3.父子节点之间不能出现两个连续的红节点
- 4.任何一个节点向下遍历到其子孙的叶子节点,所经过的黑节点个数必须相等
- 5.空节点被认为是黑色的
class Node<T>{
public T value;
public Node<T> parent;
public boolean isRed;
public Node<T> left;
public Node<T> right;
}
作为平衡二叉查找树里面众多的实现之一,红黑树无疑是最简洁、实现最为简单的。红黑树通过引入颜色的概念,通过颜色这个约束条件的使用来保持树的高度平衡。作为平衡二叉查找树,旋转是一个必不可少的操作。通过旋转可以降低树的高度,在红黑树里面还可以转换颜色。
红黑树里面的插入和删除的操作比较难理解,这时要注意记住一点:操作之前红黑树是平衡的,颜色是符合定义的。在操作的时候就需要向兄弟节点、父节点、侄子节点借调和互换颜色,要达到这个目的,就需要不断的进行旋转。所以红黑树的插入删除操作需要不停的旋转,一旦借调了别的节点,删除和插入的节点就会达到局部的平衡(局部符合红黑树的定义),但是被借调的节点就不会平衡了,这时就需要以被借调的节点为起点继续进行调整,直到整棵树都是平衡的。在整个修复的过程中,插入具体的分为3种情况,删除分为4种情况。
整个红黑树的查找,插入和删除都是O(logN)的,原因就是整个红黑树的高度是logN,查找从根到叶,走过的路径是树的高度,删除和插入操作是从叶到根的,所以经过的路径都是logN。
具体参考:
红黑树深入剖析及Java实现
网友评论