红黑树(删除)

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相对于红黑树插入操作,删除操作复杂的多。

第一:先看最简单情况,即删除红色节点。删除红色节点,不影响红黑树平衡性质,如图:

 

只需要删除红色节点,不需要进行调整,因为不影响红黑树的性质。  黑色节点没有增多也没有减少。

注意:以下几种单支情况在平衡的红黑树中不可能出现。

红黑树(删除)_第1张图片

因为上述的情况,红黑树处于不平衡状态。(破坏到null,黑色节点数目相同)

所以,平衡状态下红黑树要么单支黑-红,要么有两个子节点。


第二:删除单支黑节点

         红黑树(删除)_第2张图片

此种情况被包含在“第三”中,详见“第三”分析


第三:若删除节点有左右两个儿子,即左右子树,需要按照二叉搜索树的删除规律,从右子树中找最小的替换删除节点(该节点至多有一个右子树,

无左子树),我们将该节点记为y, 将删除节点记为z,将y的右儿子记为x(可能为空)。


删除规则:用y替换z,交换y与z颜色,同时y = z,改变y的指向,让y指向最终删除节点。

为了便于理解,可以先这样假设:将y与z的数据交换,但颜色不交换,这样,实际相当于将删除转移到了y节点,而z处保持原先状态(处于平衡)。

此时可以完全不用了理会z节点,直接删除y节点即可。因为y最多只有一个右子树,无左子树,这便转移到了“第二”。


对于删除y节点,有几种考虑。

  1. 若y为红色,则这种情况如上述”第一“所述,并不影响平衡性。(null视为黑色)

  2. 若y为黑色,则删除y后,x替换了y的位置,这样x子树相对于兄弟节点w为根的子树少了一个黑节点,影响平衡,需要进行调整。

 

     剩下的调整工作就是将x子树中找一合适红色节点,将其置黑,使得x子树与w子树达到平衡。

     若x为红色,直接将x置为黑色,即可达到平衡;

    红黑树(删除)_第3张图片

      若x为黑色,则分下列几种情况。

      红黑树(删除)_第4张图片

      情况1:x的兄弟w为红色,则w的儿子必然全黑,w父亲p也为黑。

      红黑树(删除)_第5张图片

       改变p与w的颜色,同时对p做一次左旋,这样就将情况1转变为情况2,3,4的一种。


      情况2:x的兄弟w为黑色,x与w的父亲颜色可红可黑。

       红黑树(删除)_第6张图片

       因为x子树相对于其兄弟w子树少一个黑色节点,可以将w置为红色,这样,x子树与w子树黑色节点一致,保持了平衡。

      new x为x与w的父亲。new x相对于它的兄弟节点new w少一个黑色节点。如果new x为红色,则将new x置为黑,则整棵树平衡。否则,

      情况2转换为情况1,3,4  情况2转变为情况1,2,3,4.


      情况3:w为黑色,w左孩子红色,右孩子黑色。

      红黑树(删除)_第7张图片

       交换w与左孩子的颜色,对w进行右旋。转换为情况4


       情况4:w为黑色,右孩子为红色。

       红黑树(删除)_第8张图片

        交换w与父亲p颜色,同时对p做左旋。这样左边缺失的黑色就补回来了,同时,将w的右儿子置黑,这样左右都达到平衡。


       个人认为这四种状况比较难以理解,总结了一下。情况2是最好理解的,减少右子树的一个黑色节点,使x与w平衡,将不平衡点上移至x与w的父亲。

       进行下一轮迭代。情况1:如果w为红色,通过旋转,转成成情况1,2,3进行处理。而情况3转换为情况4进行处理。也就是说,情况4是最接近最终解

       的情况。情况4:右儿子是红色节点,那么将缺失的黑色交给右儿子,通过旋转,达到平衡。


       看一下STL的红黑树删除调整操作 

if (y->color != __rb_tree_red) { 
    while (x != root && (x == 0 || x->color == __rb_tree_black))
      if (x == x_parent->left) {
        __rb_tree_node_base* w = x_parent->right;
        //情况1
        if (w->color == __rb_tree_red) {
          w->color = __rb_tree_black;
          x_parent->color = __rb_tree_red;
          __rb_tree_rotate_left(x_parent, root);
          w = x_parent->right;
        }
        //情况2
        if ((w->left == 0 || w->left->color == __rb_tree_black) &&
            (w->right == 0 || w->right->color == __rb_tree_black)) {
          w->color = __rb_tree_red;
          x = x_parent;
          x_parent = x_parent->parent;
        } 
        else 
        {
          //情况3
          if (w->right == 0 || w->right->color == __rb_tree_black) {
            if (w->left) w->left->color = __rb_tree_black;
            w->color = __rb_tree_red;
            __rb_tree_rotate_right(w, root);
            w = x_parent->right;
          }
          //情况4
          w->color = x_parent->color;
          x_parent->color = __rb_tree_black;
          if (w->right) w->right->color = __rb_tree_black;
          __rb_tree_rotate_left(x_parent, root);
          break;
        }
      }
      if (x) x->color = __rb_tree_black;
    }
只截取了平衡调整部分的代码,且省略在右侧删除的情况。

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