目錄
紅黑樹如何保持自平衡的特性?
為什麼新插入的節點在紅黑樹中總是紅色的?
紅黑樹Python程式碼實作
首頁 後端開發 Python教學 紅黑樹的原理及特性及其在Python中的程式碼實現

紅黑樹的原理及特性及其在Python中的程式碼實現

Jan 23, 2024 am 08:42 AM

紅黑樹和B 樹一樣,是平衡二元搜尋樹。紅黑樹每個節點都是有顏色的,要嘛是紅色,要嘛是黑色,但樹的根是黑色,最底部的葉也是黑色的。另外需要注意的是,紅黑樹任何節點到葉的直接路徑包含相同數量的黑色節點。

红黑树的原理和特性 Python代码实现红黑树

紅黑樹如何保持自平衡的特性?

紅黑樹節點顏色的限制確保從根到葉的最長路徑不超過最短路徑的兩倍。

為什麼新插入的節點在紅黑樹中總是紅色的?

這是因為插入紅色節點不會違反紅黑樹的黑色節點數量性質。而且即便是新增紅色節點插入到原本的紅色節點,解決此問題會比違反黑色節點所造成的問題更容易。

紅黑樹Python程式碼實作

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()
登入後複製

以上是紅黑樹的原理及特性及其在Python中的程式碼實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!

本網站聲明
本文內容由網友自願投稿,版權歸原作者所有。本站不承擔相應的法律責任。如發現涉嫌抄襲或侵權的內容,請聯絡admin@php.cn

熱AI工具

Undresser.AI Undress

Undresser.AI Undress

人工智慧驅動的應用程序,用於創建逼真的裸體照片

AI Clothes Remover

AI Clothes Remover

用於從照片中去除衣服的線上人工智慧工具。

Undress AI Tool

Undress AI Tool

免費脫衣圖片

Clothoff.io

Clothoff.io

AI脫衣器

AI Hentai Generator

AI Hentai Generator

免費產生 AI 無盡。

熱門文章

R.E.P.O.能量晶體解釋及其做什麼(黃色晶體)
3 週前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.最佳圖形設置
3 週前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.如果您聽不到任何人,如何修復音頻
4 週前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
WWE 2K25:如何解鎖Myrise中的所有內容
1 個月前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌

熱工具

記事本++7.3.1

記事本++7.3.1

好用且免費的程式碼編輯器

SublimeText3漢化版

SublimeText3漢化版

中文版,非常好用

禪工作室 13.0.1

禪工作室 13.0.1

強大的PHP整合開發環境

Dreamweaver CS6

Dreamweaver CS6

視覺化網頁開發工具

SublimeText3 Mac版

SublimeText3 Mac版

神級程式碼編輯軟體(SublimeText3)

如何解決Linux終端中查看Python版本時遇到的權限問題? 如何解決Linux終端中查看Python版本時遇到的權限問題? Apr 01, 2025 pm 05:09 PM

Linux終端中查看Python版本時遇到權限問題的解決方法當你在Linux終端中嘗試查看Python的版本時,輸入python...

在Python中如何高效地將一個DataFrame的整列複製到另一個結構不同的DataFrame中? 在Python中如何高效地將一個DataFrame的整列複製到另一個結構不同的DataFrame中? Apr 01, 2025 pm 11:15 PM

在使用Python的pandas庫時,如何在兩個結構不同的DataFrame之間進行整列複製是一個常見的問題。假設我們有兩個Dat...

如何在10小時內通過項目和問題驅動的方式教計算機小白編程基礎? 如何在10小時內通過項目和問題驅動的方式教計算機小白編程基礎? Apr 02, 2025 am 07:18 AM

如何在10小時內教計算機小白編程基礎?如果你只有10個小時來教計算機小白一些編程知識,你會選擇教些什麼�...

Uvicorn是如何在沒有serve_forever()的情況下持續監聽HTTP請求的? Uvicorn是如何在沒有serve_forever()的情況下持續監聽HTTP請求的? Apr 01, 2025 pm 10:51 PM

Uvicorn是如何持續監聽HTTP請求的? Uvicorn是一個基於ASGI的輕量級Web服務器,其核心功能之一便是監聽HTTP請求並進�...

Python中如何通過字符串動態創建對象並調用其方法? Python中如何通過字符串動態創建對象並調用其方法? Apr 01, 2025 pm 11:18 PM

在Python中,如何通過字符串動態創建對象並調用其方法?這是一個常見的編程需求,尤其在需要根據配置或運行...

如何在使用 Fiddler Everywhere 進行中間人讀取時避免被瀏覽器檢測到? 如何在使用 Fiddler Everywhere 進行中間人讀取時避免被瀏覽器檢測到? Apr 02, 2025 am 07:15 AM

使用FiddlerEverywhere進行中間人讀取時如何避免被檢測到當你使用FiddlerEverywhere...

哪些流行的Python庫及其用途? 哪些流行的Python庫及其用途? Mar 21, 2025 pm 06:46 PM

本文討論了諸如Numpy,Pandas,Matplotlib,Scikit-Learn,Tensorflow,Tensorflow,Django,Blask和請求等流行的Python庫,並詳細介紹了它們在科學計算,數據分析,可視化,機器學習,網絡開發和H中的用途

什麼是正則表達式? 什麼是正則表達式? Mar 20, 2025 pm 06:25 PM

正則表達式是在編程中進行模式匹配和文本操作的強大工具,從而提高了各種應用程序的文本處理效率。

See all articles