目录
红黑树如何保持自平衡的特性?
为什么新插入的节点在红黑树中总是红色的?
红黑树Python代码实现
首页 后端开发 Python教程 红黑树的原理及特点及其在Python中的代码实现

红黑树的原理及特点及其在Python中的代码实现

Jan 23, 2024 am 08:42 AM

红黑树和B+树一样,是平衡二叉搜索树。红黑树每个节点都是有颜色的,要么是红色,要么黑色,但树的根是黑色,最底部的叶也是黑色的。还需要注意的是,红黑树任何节点到叶的直接路径包含相同数量的黑色节点。

红黑树的原理和特性 Python代码实现红黑树

红黑树如何保持自平衡的特性?

红黑树节点颜色的限制确保从根到叶的最长路径不超过最短路径的两倍。

为什么新插入的节点在红黑树中总是红色的?

这是因为插入红色节点不会违反红黑树的黑色节点数量性质。而且即便是新增红色节点插入到原本的红色节点,解决此问题会比违反黑色节点引起的问题更加容易。

红黑树Python代码实现

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()
登录后复制

以上是红黑树的原理及特点及其在Python中的代码实现的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!

本站声明
本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn

热AI工具

Undresser.AI Undress

Undresser.AI Undress

人工智能驱动的应用程序,用于创建逼真的裸体照片

AI Clothes Remover

AI Clothes Remover

用于从照片中去除衣服的在线人工智能工具。

Undress AI Tool

Undress AI Tool

免费脱衣服图片

Clothoff.io

Clothoff.io

AI脱衣机

AI Hentai Generator

AI Hentai Generator

免费生成ai无尽的。

热门文章

R.E.P.O.能量晶体解释及其做什么(黄色晶体)
4 周前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.最佳图形设置
4 周前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.如果您听不到任何人,如何修复音频
4 周前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
WWE 2K25:如何解锁Myrise中的所有内容
1 个月前 By 尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌

热工具

记事本++7.3.1

记事本++7.3.1

好用且免费的代码编辑器

SublimeText3汉化版

SublimeText3汉化版

中文版,非常好用

禅工作室 13.0.1

禅工作室 13.0.1

功能强大的PHP集成开发环境

Dreamweaver CS6

Dreamweaver CS6

视觉化网页开发工具

SublimeText3 Mac版

SublimeText3 Mac版

神级代码编辑软件(SublimeText3)

如何解决Linux终端中查看Python版本时遇到的权限问题? 如何解决Linux终端中查看Python版本时遇到的权限问题? Apr 01, 2025 pm 05:09 PM

Linux终端中查看Python版本时遇到权限问题的解决方法当你在Linux终端中尝试查看Python的版本时,输入python...

如何在10小时内通过项目和问题驱动的方式教计算机小白编程基础? 如何在10小时内通过项目和问题驱动的方式教计算机小白编程基础? Apr 02, 2025 am 07:18 AM

如何在10小时内教计算机小白编程基础?如果你只有10个小时来教计算机小白一些编程知识,你会选择教些什么�...

在Python中如何高效地将一个DataFrame的整列复制到另一个结构不同的DataFrame中? 在Python中如何高效地将一个DataFrame的整列复制到另一个结构不同的DataFrame中? Apr 01, 2025 pm 11:15 PM

在使用Python的pandas库时,如何在两个结构不同的DataFrame之间进行整列复制是一个常见的问题。假设我们有两个Dat...

如何在使用 Fiddler Everywhere 进行中间人读取时避免被浏览器检测到? 如何在使用 Fiddler Everywhere 进行中间人读取时避免被浏览器检测到? Apr 02, 2025 am 07:15 AM

使用FiddlerEverywhere进行中间人读取时如何避免被检测到当你使用FiddlerEverywhere...

什么是正则表达式? 什么是正则表达式? Mar 20, 2025 pm 06:25 PM

正则表达式是在编程中进行模式匹配和文本操作的强大工具,从而提高了各种应用程序的文本处理效率。

Uvicorn是如何在没有serve_forever()的情况下持续监听HTTP请求的? Uvicorn是如何在没有serve_forever()的情况下持续监听HTTP请求的? Apr 01, 2025 pm 10:51 PM

Uvicorn是如何持续监听HTTP请求的?Uvicorn是一个基于ASGI的轻量级Web服务器,其核心功能之一便是监听HTTP请求并进�...

Python中如何通过字符串动态创建对象并调用其方法? Python中如何通过字符串动态创建对象并调用其方法? Apr 01, 2025 pm 11:18 PM

在Python中,如何通过字符串动态创建对象并调用其方法?这是一个常见的编程需求,尤其在需要根据配置或运行...

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

本文讨论了诸如Numpy,Pandas,Matplotlib,Scikit-Learn,Tensorflow,Tensorflow,Django,Blask和请求等流行的Python库,并详细介绍了它们在科学计算,数据分析,可视化,机器学习,网络开发和H中的用途

See all articles