二叉搜索树,平衡二叉树,红黑树。以及Hashmap为什么用红黑树

二叉搜索树

二叉查找/搜索/排序树 BST (binary search/sort tree)
或者是一棵空树;
或者是具有下列性质的二叉树:
(1)若它的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根节点的值;
(2)若它的右子树上所有结点的值均大于它的根节点的值;
(3)它的左、右子树也分别为二叉排序树。
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优点:构建方便,查找快速
缺点:极端状况会退化成链表。

平衡二叉树

平衡二叉树(Self-balancing binary search tree) 自平衡二叉查找树 又被称为AVL树(有别于AVL算法)
它是一 棵空树
或它的左右两个子树的高度差(平衡因子)的绝对值不超过1,
并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树,
同时,平衡二叉树必定是二叉搜索树,反之则不一定

平衡因子(平衡度):结点的平衡因子是结点的左子树的高度减去右子树的高度。(或反之定义)
平衡二叉树:每个结点的平衡因子都为 1、-1、0 的二叉排序树。或者说每个结点的左右子树的高度最多差1的二叉排序树。

平衡二叉树的目的是为了减少二叉查找树层次,提高查找速度

平衡二叉树的常用实现方法有AVL、红黑树、替罪羊树、Treap、伸展树等
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优点:查找速度稳定O(logn)
缺点:修改较慢 需要频繁翻转

红黑树

红黑树
R-B Tree,全称是Red-Black Tree,又称为“红黑树”,它一种平衡二叉树。红黑树的每个节点上都有存储位表示节点的颜色,可以是红(Red)或黑(Black)。

红黑树的特性:
(1)每个节点或者是黑色,或者是红色。
(2)根节点是黑色。
(3)每个叶子节点(NIL)是黑色。 [注意:这里叶子节点,是指为空(NIL或NULL)的叶子节点!]
(4)如果一个节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的。
(5)从一个节点到该节点的子孙节点的所有路径上包含相同数目的黑节点。

注意:
(01) 特性(3)中的叶子节点,是只为空(NIL或null)的节点。
(02) 特性(5),确保没有一条路径会比其他路径长出俩倍。因而,红黑树是相对是接近平衡的二叉树

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红黑树的应用比较广泛,主要是用它来存储有序的数据,它的时间复杂度是O(logN),效率非常之高。
它虽然是复杂的,但它的最坏情况运行时间也是非常良好的,并且在实践中是高效的: 它可以在O(log n)时间内做查找,插入和删除,这里的n 是树中元素的数目。
例如,Java集合中的TreeSet和TreeMap,C++ STL中的set、map,以及Linux虚拟内存的管理,都是通过红黑树去实现的。

Hashmap为什么用红黑树

在Jdk1.8版本后,Java对HashMap做了改进,在链表长度大于8的时候,将后面的数据存在红黑树中,以加快检索速度。

那么很多人就有疑问为什么是使用红黑树而不是AVL树,AVL树是完全平衡二叉树阿?

最主要的一点是:

在CurrentHashMap中是加锁了的,实际上是读写锁,如果写冲突就会等待,
如果插入时间过长必然等待时间更长,而红黑树相对AVL树他的插入更快!

红黑树和AVL树都是最常用的平衡二叉搜索树,它们的查找、删除、修改都是O(lgn) time

AVL树和红黑树有几点比较和区别:
(1)AVL树是更加严格的平衡,因此可以提供更快的查找速度,一般读取查找密集型任务,适用AVL树。
(2)红黑树更适合于插入修改密集型任务。

(3)通常,AVL树的旋转比红黑树的旋转更加难以平衡和调试。

总结:
(1)AVL以及红黑树是高度平衡的树数据结构。它们非常相似,真正的区别在于在任何添加/删除操作时完成的旋转操作次数。
(2)两种实现都缩放为a O(lg N),其中N是叶子的数量,但实际上AVL树在查找密集型任务上更快:利用更好的平衡,树遍历平均更短。另一方面,插入和删除方面,AVL树速度较慢:需要更高的旋转次数才能在修改时正确地重新平衡数据结构。
(3)在AVL树中,从根到任何叶子的最短路径和最长路径之间的差异最多为1。在红黑树中,差异可以是2倍。
(4)两个都给O(log n)查找,但平衡AVL树可能需要O(log n)旋转,而红黑树将需要最多两次旋转使其达到平衡(尽管可能需要检查O(log n)节点以确定旋转的位置)。旋转本身是O(1)操作,因为你只是移动指针。

参考 https://blog.csdn.net/wyqwilliam/article/details/82935922
https://blog.csdn.net/qq_41999455/article/details/95342982

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