介绍
今天我们来介绍另一种平衡二叉树:红黑树(Red Black Tree),红黑树由Rudolf Bayer于1972年发明,当时被称为平衡二叉B树(symmetric binary B-trees),1978年被Leonidas J. Guibas 和 Robert Sedgewick改成一个比较摩登的名字:红黑树。
红黑树和之前所讲的AVL树类似,都是在进行插入和删除操作时通过特定操作保持二叉查找树的平衡,从而获得较高的查找性能。自从红黑树出来后,AVL树就被放到了博物馆里,据说是红黑树有更好的效率,更高的统计性能。不过在我了解了红黑树的实现原理后,并不相信这是真的,关于这一点我们会在后面进行讨论。
红黑树和AVL树的区别在于它使用颜色来标识结点的高度,它所追求的是局部平衡而不是AVL树中的非常严格的平衡。之前我们在讲解AVL树时,已经领教过AVL树的复杂,但AVL树的复杂比起红黑树来说简直是小巫见大巫。红黑树是真正的变态级数据结构。
首先来一个Silverlight做的红黑树的动画,它有助于帮你理解什么是红黑树。这里需要注意,必须安装Silverlight 2.0 RTW 才能正常运行游戏,下载地址:
http://www.microsoft.com/silverlight/resources/install .aspx?v=2.0
使用注意事项:
l 结点只接收整数,如果在添加和删除操作中输入非法字串,则会随机添加或删除一个0~99之间的整数。
l 可以不在编辑框中输入数字,直接单击添加和删除按钮进行添加和删除操作。
l 可以拖动拖动条控制动画速度。
红黑树的平衡
红黑树首先是一棵二叉查找树,它每个结点都被标上了颜色(红色或黑色),红黑树满足以下5个性质:
1、每个结点的颜色只能是红色或黑色。
2、根结点是黑色的。
3、每个叶子结点都带有两个空的黑色结点(被称为黑哨兵),如果一个结点n的只有一个左孩子,那么n的右孩子是一个黑哨兵;如果结点n只有一个右孩子,那么n的左孩子是一个黑哨兵。
4、如果一个结点是红的,则它的两个儿子都是黑的。也就是说在一条路径上不能出现相邻的两个红色结点。
5、对于每个结点来说,从该结点到其子孙叶结点的所有路径上包含相同数目的黑结点。
红黑树的这5个性质中,第3点是比较难理解的,但它却非常有必要。我们看图1中的左边这张图,如果不使用黑哨兵,它完全满足红黑树性质,结点50到两个叶结点8和叶结点82路径上的黑色结点数都为2个。但如果加入黑哨兵后(如图1右图中的小黑圆点),叶结点的个数变为8个黑哨兵,根结点50到这8个叶结点路径上的黑高度就不一样了,所以它并不是一棵红黑树。
要看真正的红黑树请在以上动画中添加几个结点,看看是否满足以上性质。