数据结构之红黑树
红黑树的概念
红黑树（Red-Black Tree）同AVL树一样, 也是一种自平衡的二叉搜索树, 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俩倍，因而是接近平衡的. (最长路径也不会超出最短路径的两倍, 因此红黑树的平衡性要求相对宽松. 没有AVL树那样严格)
红黑树的性质(重要)
1. 每个结点不是红色就是黑色
2. 根结点是黑色的
3. 如果一个结点是红色的, 则它的两个孩子结点是黑色的(不能有连续的红色结点).
4. 对于每个结点, 从该结点到其所有后代叶结点的简单路径上，均包含相同数目的黑色结点.
5. 每个叶子结点都是黑色的(此处的叶子结点指的是空结点NIL).
为什么满足上面的性质, 红黑树就能保证:其最长路径中节点个数不会超过最短路径节点个数的两倍？
我们可以先来分析一种极端的情况,如果一颗红黑树有红有黑, 那它的最短路径一定是一条全黑的路径, 想要获取最长的路径, 就可以在此基础上继续添加红色结点, 因为只要红色结点不相邻, 添加红色结点能保证路径的黑色结点数不变, 那就可以创建一条一黑一红一黑一红..的路径, 这条路径就是最长的路径, 所以最长路径最多是最短路径的两倍, 不可能超过最短路径两倍, 最长的路径都超不过其它的路径更超不过.
另一个问题, 性质5中每个叶子结点都是黑色的(此处的叶子结点指的是空结点, 也被称为NIL节点), 有什么用？
这个红黑树有多少条路径？
如果不带空的话, 我们可能会认为有5条, 但是这里计算路径其实应该走到空（NIL）,所以正确的应该是有11条路径, 我们可以认为这条规则就是为了更好的帮我们区分不同路径的。
结点的黑高(黑色高度):从某结点出发(不含该结点)到达任一空叶结点的路径上经过的黑结点总数 .
有了AVL树, 为啥还要有红黑树?
对于一棵红黑树来说, 如果它里面全部的黑色结点一共有N个的话, 那它的最短路径长度就差不多是
, 然后整棵树的节点数量就是在N-2N之间
设红黑树的高度为h, 总结点数为n, 首先, 从任意节点出发, 到其子树的叶子节点的路径中黑色节点的数量称为该节点的黑高, 即bh, 设根节点为T,那么根节点的黑高就是bh(T), 假设一棵红黑树全部都是黑色节点, 那么它的黑高bh(T)就是它的树高，我们可得这样一棵树的结点数为（根据满二叉树的高度与节点数量的关系）:, 我们还要考虑红色节点, 所以在此基础上加上红色节点的数量, 那么不论加几个红色节点, 只要增加, 一定满足下式:
根据红黑树的性质，我们可知根节点的黑高bh(T)至少为h/2 (h为树高)，也就是说: 
, 所以
, 所以 .
AVL树
平衡标准比较严格：每个左右子树的高度差不超过1
最大高度是 1.44 ∗ log2 n + 2 − 1.328（100W个节点，AVL树最大树高28）
搜索、添加、删除都是 O(logn) 复杂度，其中添加仅需 O(1) 次旋转调整、删除最多需要 O(logn) 次旋转调整
红黑树
平衡标准比较宽松：没有一条路径会大于其他路径的2倍
最大高度是 2 ∗ log2(n + 1)（ 100W个节点，红黑树最大树高40）
搜索、添加、删除都是 O(logn) 复杂度，其中添加、删除都仅需 O(1) 次旋转调整
如何选择
搜索的次数远远大于插入和删除，选择AVL树；搜索、插入、删除次数几乎差不多，选择红黑树
相对于AVL树来说，红黑树牺牲了部分平衡性以换取插入/删除操作时少量的旋转操作，整体来说性能要优于AVL树
红黑树的平均统计性能优于AVL树，实际应用中更多选择使用红黑树
红黑树结构的定义
先来定义一下红黑树的结构：
结点的颜色我们可以用一个枚举:
enum COLOR
{
RED,
BLACK
};结点的结构:
template
struct RBTreeNode
{
RBTreeNode* _parent;
RBTreeNode* _right;
RBTreeNode* _left;
T _val;
COLOR _col;
RBTreeNode(const T& val)
: _parent(nullptr)
, _right(nullptr)
, _left(nullptr)
, _val(val)
, _col(RED)
{}
}; 这里结点的颜色我们默认给的是红色, 为什么要选择红色, 黑色不可以吗？
如果我们插入一个新结点给的是黑色, 那它一定会违反上面提到的红黑树的性质——每条路径上黑色结点的数量一致:
因为原来每条路径黑色结点数量是相同的,现在新插入一个黑色结点的话, 那插入的这条路径会增加一个黑色结点, 但是其它路径数量不变, 所以其它所有的路径黑色结点数量都和这一条不相等, 这样再调整就比较麻烦了, 相当于影响了这棵树"全家"。
那如果我们插入结点默认给红色呢？
红色的话要看具体情况了:如果它的父亲是黑色, 那就没问题, 不需要进行什么处理:
如果插入一个红色结点, 但是它的父亲也是红色, 那就出事了, 因为红黑树里面不能出现连续的红色结点,那这种情况就需要调整了:
但是这样的调整的代价相对来说比较小, 因为可能不需要改动全局, 只是改变一个局部, 下面再具体说.
树的结构:
template
class RBTree
{
public:
//成员函数
private:
RBTreeNode* _root = nullptr;
}; 插入
由于红黑树也是一种二叉搜索树, 是在二叉搜索树的基础上加上其平衡限制条件来实现平衡,所以红黑树插入的逻辑也根搜索二叉树一样：
如果插入的是根结点, 根结点要手动设置为黑色.
bool Insert(const pair& kv)
{
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(kv);
_root->_col= BLACK;
return true;
}
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_kv.first > kv.first)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_kv.first < kv.first)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else
{
return false;
}
}
cur = new Node(kv);
//cur->_col = RED; //默认cur就是红色
if (parent->_kv.first > kv.first)
{
parent->_left = cur;
cur->_parent = parent; //记得要链接父亲
}
else if (parent->_kv.first < kv.first)
{
parent->_right = cur;
cur->_parent = parent; //记得要链接父亲
}
else
assert(false);
//下面是调整
//....
} 根据颜色开始调整
对于红黑树来说, 插入新结点之后, 我们要检查红黑树的性质是否遭到破坏, 如果遭到破坏的话, 就需要进行相应的调整, 因为新节点的默认颜色是红色, 因此：
如果其双亲节点的颜色是黑色, 没有违反红黑树任何性质, 则不需要调整；
但当新插入节点的父亲节点是红色时, 就违反了性质不能有连续红色结点出现, 此时需要对红黑树的颜色进行调整:
约定: cur为当前节点，p为父节点，g为祖父节点，u为叔叔节点
而出现连续的红色结点的情况可以分为2种:
1. cur为红, p为红, g为黑, u存在且为红
2. cur为红, p为红, g为黑, u不存在或为黑
可以看到关键就在于叔叔结点, 为什么? 因为到这种情况了cur和parent此时一定是红色, grandfather结点一定是黑色, 唯一有区别的只是叔叔结点.
情况一: cur为红，p为红，g为黑，u存在且为红
解决方式：将p,u改为黑, g改为红, 然后把g当成cur, 继续向上调整。
可以看到叔叔为红的这种情况下只需要调整颜色就能又满足规则.
可以简单讨论一下子树路径黑结点和为1和2时候共有几种情况:
当a,b,c,d,e都是0的时候,有四种情况:
当a,b,c,d,e都是1的时候:
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandparent = parent->_parent;
//parent在grandparent的左
if (parent == grandparent->_left)
{
Node* uncle = grandparent->_right;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
}
//如果parent在grandparent的右,逻辑类似
else if (parent == grandparent->_right)
{
Node* uncle = grandparent->_left;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
}
_root->_col = BLACK;//不管中间调了多少次,最后的根一定是黑,
//如果被调整到根变红了,需要调为黑,如果没调到,重新赋值一遍也没有影响
}parent颜色为黑不需要单独去判断, 因为本来就不需要任何操作, 根本不会进入循环.
情况二: cur为红，p为红，g为黑，u不存在/u存在且为黑
说明: u的情况有两种
1.如果u节点不存在, 则cur一定是新插入节点, 因为此时c,a,b,d,e都是空, 因为要满足一个路径的黑色结点个数相同.
2.如果u节点存在, 则其一定是黑色的, 那么cur节点原来的颜色一定是黑色的, 上面看到其是红色的原因是因为cur的子树在调整的过程中将cur节点的颜色由黑色改成红色。
在这里又可以再细分为两种子情况:
1. p为g的左孩子,cur为p的左孩子(左左)和p为g的右孩子, cur为p的右孩子(右右).
2. p为g的左孩子,cur为p的右孩子(左右)和p为g的右孩子, cur为p的左孩子(右左).
1.左左和右右
那对于这种情况我们要进行的单旋转+变色.
旋转:
为什么要旋转？
因为这种情况的话最长路径有可能已经超过最短路径的两倍了, 比如上面这个图如果如果d/e是空的话就已经超过了, 所以要先旋转降高度, 再去调整颜色使它符合红黑树.
进行什么旋转呢？
那就要看具体情况了, 其实还是我们AVL树那里的四种情况:
当前我们是 p为g的左孩子, cur为p的左孩子, 是在较高左子树的左侧插入(左左), 所以要进行的旋转是右单旋;
同理p为g的右孩子, cur为p的右孩子,是在较高右子树的右侧插入(右右),进行左单旋.
变色:
变色的话不论那种旋转是统一的:p、g变色–p变黑，g变红
为什么不直接把cur变黑呢?
这样也满足路径黑结点和保持不变啊:
此时parent的颜色又变成了红色, 又需要再继续向上调整, 而一开始的方法中parent调整完就是黑的, 就结束了, 不需要再向上调整, 更简便!
代码:
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandparent = parent->_parent;
//parent在grandparent的左
if (parent == grandparent->_left)
{
Node* uncle = grandparent->_right;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
else
{
if (cur == parent->_left)
{
rotateR(grandparent);
parent->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
}
}
}
//parent在grandparent的左
else if (parent == grandparent->_right)
{
Node* uncle = grandparent->_left;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
else
{
if (cur == parent->_right)
{
rotateL(grandparent);
parent->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
}
}
}
_root->_col = BLACK;
}这里的旋转复用AVL的旋转即可, 去掉更新平衡因子的部分.
2.左右和右左
双旋+变色
前提条件根上面一样，还是cur为红，p为红，g为黑，u不存在/u存在且为黑
''
进行什么旋转呢？
1.p为g的左孩子，cur为p的右孩子，则针对p做左单旋, g作右单旋
2.相反，p为g的右孩子，cur为p的左孩子，则针对p做右单旋, g作左单旋.
以左右单旋图中为例, 先进行一个左单旋:
再进行一个右单旋:
再变色:
这样就调整好了
代码:
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandparent = parent->_parent;
//parent在grandparent的左
if (parent == grandparent->_left)
{
Node* uncle = grandparent->_right;
//叔叔存在且为红直接变色
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
//叔叔不存在或者叔叔是黑进行旋转
else
{
/右单旋
if (cur == parent->_left)
{
rotateR(grandparent);
parent->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
}
//左右双旋
else if (cur == parent->_right)
{
rotateL(parent);
rotateR(grandparent);
grandparent->_col = RED;
cur->_col = BLACK;
}
}
}
//parent在grandparent的左
else if (parent == grandparent->_right)
{
//叔叔存在且为红直接变色
Node* uncle = grandparent->_left;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
//叔叔不存在或者叔叔是黑进行旋转
else
{
//左单旋
if (cur == parent->_right)
{
rotateL(grandparent);
parent->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
}
//右左双旋
else if (cur == parent->_left)
{
rotateR(parent);
rotateL(grandparent);
grandparent->_col = RED;
cur->_col = BLACK;
}
}
}
_root->_col = BLACK;
}红黑树的测试
验证其为搜索二叉树
首先我们还是先来验证他是否是二叉搜索树，看它中序是否有序就行了:
void InOrderPrint()
{
_InOrder(_root);
}
void _InOrder(Node* root)
{
if (root == nullptr)
return;
_InOrder(root->_left);
cout << root->_kv.first << " ";
_InOrder(root->_right);
}int main()
{
//int a[] = { 16, 3, 7, 11, 9, 26, 18, 14, 15 };
int a[] = { 4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
RBTree t;
for (auto e : a)
{
t.Insert(make_pair(e, e));
}
t.InOrderPrint();
cout << endl;
return 0;
} 
顺序是正确的
验证其是否平衡且满足红黑树性质
如何判断它是否满足是一棵红黑树呢？
其实就是去检查那几条规则（性质）:
1.首先结点颜色要么是黑色, 要么是红色, 这没什么好检查的。
2.然后根结点必须是黑色, 这个可以检查一下,如果根结点不是黑色（是红色）直接就不符合了
3.然后如果出现连续的红色结点, 那也不符合。
那怎么检查有没有出现连续红色结点呢？
我们可以去遍历这棵树, 然后遇到红色结点判断它的孩子是不是红色结点, 如果存在红色结点它的孩子也是红色, 那就不符合, 这样可以,但是不太好, 因为孩子的话要检查两个,而且结点的孩子有还有可能不存在, 为空, 那还得再加一个判断。
所以我们可以这样做: 遍历遇到红色结点我们去看它的父亲, 如果它的父亲也为红色那就不行。而判断父亲的话, 只有根结点没有父亲, 但是根结点是黑色的也不会去检查它。
bool IsBalance()
{
if (_root == nullptr)
return true;
if (_root->_col == RED)
return false;
return _Check(_root);
}
bool _Check(Node* root)
{
if (root == nullptr)
{
return true;
}
if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
return false;
return _Check(root->_left, blacknum, ref)
&& _Check(root->_right, blacknum, ref);
}然后还剩一个, 我们要检查每条路径黑色结点数量是否相等, 存在不相等的情况就不符合。
那这个要如何检查呢？
我们可以先求出一条路径的黑色结点数量, 把它作为基准值, 然后再递归求出每条路径的黑色结点数量和它比较, 如果存在不相等的情况, 就不符合, 不用管这个基准值是不是正确的, 只要其他路径和这个值不相同, 那就不符合.
bool IsBalance()
{
if (_root == nullptr)
return true;
if (_root->_col == RED)
return false;
//找基准值,这里以最左路为基准
Node* cur = _root;
int ref = 0;
while (cur)
{
if (cur->_col == BLACK)
{
ref++;
}
cur = cur->_left;
}
//定义一个blacknum来记录路径的黑色结点数目
int blacknum = 0;
return _Check(_root, blacknum,ref);
}
bool _Check(Node* root,int blacknum, const int ref)
{
if (root == nullptr)
{
//root为空说明该路径已经找完,开始比较blacknum和ref,不相等就不符合
if (blacknum != ref)
return false;
return true;
}
//如果节点是黑的blacknum就++
if (root->_col == BLACK)
blacknum++;
//结点是红色判断它与父亲结点是否为连续的红
if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
return false;
//继续判断左右子树
return _Check(root->_left, blacknum, ref)
&& _Check(root->_right, blacknum, ref);
}注意这里的blacknum传递的非常巧妙, 因为每一层的blacknum都是独立的, 所以向下一层传递blacknum的后blacknum的修改不会影响上一层, 为什么不想去影响上一层呢? 因为上一层的blacknum传递给了左子树后还要传递给右子树进行判断, 在左子树中修改了上一层的值那再传给右子树就一定错了.
大量随机数构建红黑树进行测试
int main()
{
const int N = 10000;
vector v;
v.reserve(N);
srand(time(0));
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
v.push_back(rand());
}
size_t begin2 = clock();
RBTree t;
for (auto e : v)
{
t.Insert(make_pair(e, e));
}
size_t end2 = clock();
cout << "Insert_time:" << end2 - begin2 << endl;
cout << t.IsBalance() << endl;
return 0;
} 
插入和查找的时间测试:
Node* Find(const pair& kv)
{
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (kv.first > cur->_kv.first)
{
cur = cur->_right;
}
else if (kv.first < cur->_kv.first)
{
cur = cur->_left;
}
else
{
return cur;
}
}
return nullptr;
} int main()
{
const int N = 100000;
vector v;
v.reserve(N);
srand(time(0));
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
v.push_back(rand());
}
size_t begin2 = clock();
RBTree t;
for (auto e : v)
{
t.Insert(make_pair(e, e));
}
size_t end2 = clock();
size_t begin1 = clock();
for (auto e : v)
{
t.Find(make_pair(e,e));
}
size_t end1 = clock();
cout << "Find_time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "Insert_time:" << end2 - begin2 << endl;
cout << "是否平衡:"< 
插入相同数量随机数比较AVL树和红黑树的高度
void test3()
{
const int N = 100000;
vector v;
v.reserve(N);
srand(time(0));
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
v.push_back(rand()+i);
}
RBTree rbt;
AVLTree avlt;
for (auto e : v)
{
rbt.Insert(make_pair(e, e));
avlt.Insert(make_pair(e, e));
}
cout << "插入了" << rbt.Size() << "个值" << endl;
cout << "红黑树高度: " << rbt.Height()< 当N为10w:
插入10万个数据, 对产生的随机数都加个i(减少重复值), 我们看到就有一些差异了
当N为100w:
100w个数据的差异就更大了, 还是红黑树要高一点
可以发现AVL树对平衡的控制是比较严格的, 而红黑树是相对宽松的。
红黑树的删除
简单分析:
删除节点一定都在最后一到两层, 因为上层都可以替代下去.
结点有红色节点和黑色节点, 我们就以删除节点的颜色来区分删除操作的所有情况
删除红色节点
如果删除的节点是红色直接删除, 不用作任何调整。因为删除最后一层的红色节点, 并没有影响红黑树的任何性质。
删除黑色节点
有3种情况：
1. 拥有 2 个红色子节点的黑色节点
不可能被直接删除，因为会找它的子节点替代删除，因此不用考虑这种情况
2. 拥有 1 个红色子节点的黑色节点
修复步骤总结：
- 用删除节点的唯一子节点对其进行替代
- 将替代节点染成黑色
3. 黑色叶子节点
1. 删除节点为根节点, 直接删除该节点, 无需做其他操作。
2. 删除节点的兄弟节点为黑色
2.1兄弟节点至少有1个红色子节点
2.1.1 兄弟节点有一个右子节点：
2.1.2 兄弟节点有一个左子节点：
2.1.3 兄弟节点有两个左右子节点：
修复步骤总结：
1 进行旋转操作
2 旋转之后的中心节点继承父节点（删除节点的父节点）的颜色
3 旋转之后的左右节点染为黑色
2.2 兄弟节点没有红色子节点
2.2.1父节点为红色
2.2.2父节点为黑色
修复步骤总结：
- 父节点向下与兄弟节点进行合并
- 将兄弟染成红色、父节点染成黑色即可修复红黑树性质
- 如果父节点是黑色，直接将父节点当成被删除的节点处理，来修复父节点的下溢情况
3. 删除节点的兄弟节点为红色
修复步骤总结：
- 兄弟节点染成 BLACK, 父节点染成染成 RED, 对父节点进行右旋
- 于是又回到兄弟节点是黑色的情况（侄子节点变为兄弟节点），继续使用兄弟节点为黑色的方法进行修复
具体可查看:
【精选】【数据结构】史上最好理解的红黑树讲解，让你彻底搞懂红黑树_小七mod的博客-CSDN博客
完整代码:
#pragma once
#include
enum COLOR
{
RED,
BLACK
};
template
struct RBTreeNode
{
RBTreeNode* _parent;
RBTreeNode* _right;
RBTreeNode* _left;
pair _kv;
COLOR _col;
RBTreeNode(const pair& kv)
: _parent(nullptr)
, _right(nullptr)
, _left(nullptr)
, _kv(kv)
, _col(RED)
{}
};
template
class RBTree
{
typedef RBTreeNode Node;
public:
bool Insert(const pair& kv)
{
if (_root == nullptr)
{
_root = new Node(kv);
_root->_col= BLACK;
return true;
}
Node* parent = nullptr;
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (cur->_kv.first > kv.first)
{
parent = cur;
cur = cur->_left;
}
else if (cur->_kv.first < kv.first)
{
parent = cur;
cur = cur->_right;
}
else
{
return false;
}
}
cur = new Node(kv);
//cur->_col = RED;
if (parent->_kv.first > kv.first)
{
parent->_left = cur;
cur->_parent = parent;
}
else if (parent->_kv.first < kv.first)
{
parent->_right = cur;
cur->_parent = parent;
}
else
assert(false);
//插入完成, 调整颜色
parent的颜色是黑,不需要调整
//if (parent->_col == BLACK)
//{
// return true;
//}
//parent的颜色是红,需要调整
while (parent && parent->_col == RED)
{
Node* grandparent = parent->_parent;
//parent在grandparent的左
// g g
// p u p u
//c c
if (parent == grandparent->_left)
{
Node* uncle = grandparent->_right;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
else
{
// g
// p u
//c
if (cur == parent->_left)
{
rotateR(grandparent);
parent->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
}
// g
// p u
// c
else if (cur == parent->_right)
{
rotateL(parent);
rotateR(grandparent);
grandparent->_col = RED;
cur->_col = BLACK;
}
}
}
//parent在grandparent的左
// g g
// u p u p
// c c
else if (parent == grandparent->_right)
{
Node* uncle = grandparent->_left;
if (uncle && uncle->_col == RED)
{
parent->_col = uncle->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
cur = grandparent;
parent = cur->_parent;
}
else
{
// g
// u p
// c
if (cur == parent->_right)
{
rotateL(grandparent);
parent->_col = BLACK;
grandparent->_col = RED;
}
// g
// u p
// c
else if (cur == parent->_left)
{
rotateR(parent);
rotateL(grandparent);
grandparent->_col = RED;
cur->_col = BLACK;
}
}
}
_root->_col = BLACK;
}
return true;
}
void InOrderPrint()
{
_InOrder(_root);
}
bool IsBalance()
{
if (_root == nullptr)
return true;
if (_root->_col == RED)
return false;
Node* cur = _root;
int ref = 0;
while (cur)
{
if (cur->_col == BLACK)
{
ref++;
}
cur = cur->_left;
}
int blacknum = 0;
return _Check(_root, blacknum,ref);
}
Node* Find(const pair& kv)
{
Node* cur = _root;
while (cur)
{
if (kv.first > cur->_kv.first)
{
cur = cur->_right;
}
else if (kv.first < cur->_kv.first)
{
cur = cur->_left;
}
else
{
return cur;
}
}
return nullptr;
}
int Height()
{
return _Height(_root);
}
private:
Node* _root = nullptr;
bool _Check(Node* root,int blacknum, const int ref)
{
if (root == nullptr)
{
if (blacknum != ref)
return false;
return true;
}
if (root->_col == BLACK)
blacknum++;
if (root->_col == RED && root->_parent->_col == RED)
return false;
return _Check(root->_left, blacknum, ref)
&& _Check(root->_right, blacknum, ref);
}
void _InOrder(Node* root)
{
if (root == nullptr)
return;
_InOrder(root->_left);
cout << root->_kv.first << " ";
_InOrder(root->_right);
}
int _Height(Node* root)
{
if (root == nullptr)
return 0;
int leftH = _Height(root->_left);
int rightH = _Height(root->_right);
return leftH > rightH ? leftH + 1 : rightH + 1;
}
void rotateL(Node* parent)
{
Node* subR = parent->_right;
Node* subRL = subR->_left;
Node* parentParent = parent->_parent;
parent->_right = subRL;
if (subRL)
subRL->_parent = parent;
subR->_left = parent;
parent->_parent = subR;
if (_root == parent)
{
_root = subR;
subR->_parent = nullptr;
}
else
{
if (parent == parentParent->_right)
parentParent->_right = subR;
else if (parent == parentParent->_left)
parentParent->_left = subR;
subR->_parent = parentParent;
}
}
void rotateR(Node* parent)
{
Node* subL = parent->_left;
Node* subLR = subL->_right;
Node* parentParent = parent->_parent;
subL->_right = parent;
parent->_left = subLR;
parent->_parent = subL;
if (subLR)
subLR->_parent = parent;
if (_root == parent)
{
_root = subL;
subL->_parent = nullptr;
}
else
{
if (parentParent->_left == parent)
{
parentParent->_left = subL;
}
else if (parentParent->_right == parent)
{
parentParent->_right = subL;
}
subL->_parent = parentParent;
}
}
}; test.cpp:
#include
#include
using namespace std;
#include "RBTree.h"
#include "AVL.h"
void test1()
{
//int a[] = { 16, 3, 7, 11, 9, 26, 18, 14, 15 };
int a[] = { 4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
RBTree t;
for (auto e : a)
{
t.Insert(make_pair(e, e));
}
t.InOrderPrint();
cout << endl;
cout << t.IsBalance() << endl;
}
void test2()
{
const int N = 100000;
vector v;
v.reserve(N);
srand(time(0));
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
v.push_back(rand());
}
size_t begin2 = clock();
RBTree t;
for (auto e : v)
{
t.Insert(make_pair(e, e));
}
size_t end2 = clock();
size_t begin1 = clock();
for (auto e : v)
{
t.Find(make_pair(e, e));
}
size_t end1 = clock();
cout << "Find_time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "Insert_time:" << end2 - begin2 << endl;
cout << "是否平衡:" << t.IsBalance() << endl;
}
void test3()
{
const int N = 100000;
vector v;
v.reserve(N);
srand(time(0));
for (size_t i = 0; i < N; i++)
{
v.push_back(rand()+i);
}
RBTree rbt;
AVLTree avlt;
for (auto e : v)
{
rbt.Insert(make_pair(e, e));
avlt.Insert(make_pair(e, e));
}
cout << "红黑树高度: " << rbt.Height()<