Der Rot-Schwarz-Baum ist wie der B+-Baum ein ausgeglichener binärer Suchbaum. Jeder Knoten eines rot-schwarzen Baumes ist gefärbt, entweder rot oder schwarz, aber die Wurzeln des Baumes sind schwarz und die Blätter an der Unterseite sind ebenfalls schwarz. Beachten Sie außerdem, dass der direkte Pfad von jedem Knoten zu einem Blatt in einem rot-schwarzen Baum die gleiche Anzahl schwarzer Knoten enthält.
Die Beschränkung der rot-schwarzen Baumknotenfarben stellt sicher, dass der längste Weg von der Wurzel zum Blatt nicht mehr als doppelt so groß ist wie der kürzeste Weg.
Das liegt daran, dass das Einfügen roter Knoten nicht gegen die Eigenschaft der Anzahl schwarzer Knoten rot-schwarzer Bäume verstößt. Und selbst wenn ein neuer roter Knoten in den ursprünglichen roten Knoten eingefügt wird, ist die Lösung dieses Problems einfacher als das Problem, das durch die Verletzung des schwarzen Knotens verursacht wird.
import sys
# 创建节点
class Node():
def __init__(self, item):
self.item = item
self.parent = None
self.left = None
self.right = None
self.color = 1
class RedBlackTree():
def __init__(self):
self.TNULL = Node(0)
self.TNULL.color = 0
self.TNULL.left = None
self.TNULL.right = None
self.root = self.TNULL
# 前序
def pre_order_helper(self, node):
if node != TNULL:
sys.stdout.write(node.item + " ")
self.pre_order_helper(node.left)
self.pre_order_helper(node.right)
# 中序
def in_order_helper(self, node):
if node != TNULL:
self.in_order_helper(node.left)
sys.stdout.write(node.item + " ")
self.in_order_helper(node.right)
# 后根
def post_order_helper(self, node):
if node != TNULL:
self.post_order_helper(node.left)
self.post_order_helper(node.right)
sys.stdout.write(node.item + " ")
# 搜索树
def search_tree_helper(self, node, key):
if node == TNULL or key == node.item:
return node
if key < node.item:
return self.search_tree_helper(node.left, key)
return self.search_tree_helper(node.right, key)
# 删除后平衡树
def delete_fix(self, x):
while x != self.root and x.color == 0:
if x == x.parent.left:
s = x.parent.right
if s.color == 1:
s.color = 0
x.parent.color = 1
self.left_rotate(x.parent)
s = x.parent.right
if s.left.color == 0 and s.right.color == 0:
s.color = 1
x = x.parent
else:
if s.right.color == 0:
s.left.color = 0
s.color = 1
self.right_rotate(s)
s = x.parent.right
s.color = x.parent.color
x.parent.color = 0
s.right.color = 0
self.left_rotate(x.parent)
x = self.root
else:
s = x.parent.left
if s.color == 1:
s.color = 0
x.parent.color = 1
self.right_rotate(x.parent)
s = x.parent.left
if s.right.color == 0 and s.right.color == 0:
s.color = 1
x = x.parent
else:
if s.left.color == 0:
s.right.color = 0
s.color = 1
self.left_rotate(s)
s = x.parent.left
s.color = x.parent.color
x.parent.color = 0
s.left.color = 0
self.right_rotate(x.parent)
x = self.root
x.color = 0
def __rb_transplant(self, u, v):
if u.parent == None:
self.root = v
elif u == u.parent.left:
u.parent.left = v
else:
u.parent.right = v
v.parent = u.parent
# 节点删除
def delete_node_helper(self, node, key):
z = self.TNULL
while node != self.TNULL:
if node.item == key:
z = node
if node.item <= key:
node = node.right
else:
node = node.left
if z == self.TNULL:
print("Cannot find key in the tree")
return
y = z
y_original_color = y.color
if z.left == self.TNULL:
x = z.right
self.__rb_transplant(z, z.right)
elif (z.right == self.TNULL):
x = z.left
self.__rb_transplant(z, z.left)
else:
y = self.minimum(z.right)
y_original_color = y.color
x = y.right
if y.parent == z:
x.parent = y
else:
self.__rb_transplant(y, y.right)
y.right = z.right
y.right.parent = y
self.__rb_transplant(z, y)
y.left = z.left
y.left.parent = y
y.color = z.color
if y_original_color == 0:
self.delete_fix(x)
# 插入后平衡树
def fix_insert(self, k):
while k.parent.color == 1:
if k.parent == k.parent.parent.right:
u = k.parent.parent.left
if u.color == 1:
u.color = 0
k.parent.color = 0
k.parent.parent.color = 1
k = k.parent.parent
else:
if k == k.parent.left:
k = k.parent
self.right_rotate(k)
k.parent.color = 0
k.parent.parent.color = 1
self.left_rotate(k.parent.parent)
else:
u = k.parent.parent.right
if u.color == 1:
u.color = 0
k.parent.color = 0
k.parent.parent.color = 1
k = k.parent.parent
else:
if k == k.parent.right:
k = k.parent
self.left_rotate(k)
k.parent.color = 0
k.parent.parent.color = 1
self.right_rotate(k.parent.parent)
if k == self.root:
break
self.root.color = 0
# Printing the tree
def __print_helper(self, node, indent, last):
if node != self.TNULL:
sys.stdout.write(indent)
if last:
sys.stdout.write("R----")
indent += " "
else:
sys.stdout.write("L----")
indent += "| "
s_color = "RED" if node.color == 1 else "BLACK"
print(str(node.item) + "(" + s_color + ")")
self.__print_helper(node.left, indent, False)
self.__print_helper(node.right, indent, True)
def preorder(self):
self.pre_order_helper(self.root)
def inorder(self):
self.in_order_helper(self.root)
def postorder(self):
self.post_order_helper(self.root)
def searchTree(self, k):
return self.search_tree_helper(self.root, k)
def minimum(self, node):
while node.left != self.TNULL:
node = node.left
return node
def maximum(self, node):
while node.right != self.TNULL:
node = node.right
return node
def successor(self, x):
if x.right != self.TNULL:
return self.minimum(x.right)
y = x.parent
while y != self.TNULL and x == y.right:
x = y
y = y.parent
return y
def predecessor(self, x):
if (x.left != self.TNULL):
return self.maximum(x.left)
y = x.parent
while y != self.TNULL and x == y.left:
x = y
y = y.parent
return y
def left_rotate(self, x):
y = x.right
x.right = y.left
if y.left != self.TNULL:
y.left.parent = x
y.parent = x.parent
if x.parent == None:
self.root = y
elif x == x.parent.left:
x.parent.left = y
else:
x.parent.right = y
y.left = x
x.parent = y
def right_rotate(self, x):
y = x.left
x.left = y.right
if y.right != self.TNULL:
y.right.parent = x
y.parent = x.parent
if x.parent == None:
self.root = y
elif x == x.parent.right:
x.parent.right = y
else:
x.parent.left = y
y.right = x
x.parent = y
def insert(self, key):
node = Node(key)
node.parent = None
node.item = key
node.left = self.TNULL
node.right = self.TNULL
node.color = 1
y = None
x = self.root
while x != self.TNULL:
y = x
if node.item < x.item:
x = x.left
else:
x = x.right
node.parent = y
if y == None:
self.root = node
elif node.item < y.item:
y.left = node
else:
y.right = node
if node.parent == None:
node.color = 0
return
if node.parent.parent == None:
return
self.fix_insert(node)
def get_root(self):
return self.root
def delete_node(self, item):
self.delete_node_helper(self.root, item)
def print_tree(self):
self.__print_helper(self.root, "", True)
if __name__ == "__main__":
bst = RedBlackTree()
bst.insert(55)
bst.insert(40)
bst.insert(65)
bst.insert(60)
bst.insert(75)
bst.insert(57)
bst.print_tree()
print("\nAfter deleting an element")
bst.delete_node(40)
bst.print_tree()Das obige ist der detaillierte Inhalt vonDie Prinzipien und Eigenschaften von Rot-Schwarz-Bäumen und ihre Code-Implementierung in Python. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!
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