红黑树 java

Posted 2022-11-20

1每个节点是红色或者黑色

2根节点是黑色

3每一个叶子节点（最后的空节点）是黑色

4如果一个节点是红色，那么他的孩子节点都是黑色，红色节点都是向左倾斜

5从任意一个节点到叶子节点，经过的黑色节点是一样的

也满足二分搜索树的性质，是绝对平衡的树，从根节点到任意节点都是经过相同的层数。

 

 

 

颜色翻转

 

import java.util.ArrayList;

public class RBTree<K extends Comparable<K>, V>

    private static final boolean RED = true;
    private static final boolean BLACK = false;

    private class Node
        public K key;
        public V value;
        public Node left, right;
        public boolean color;

        public Node(K key, V value)
            this.key = key;
            this.value = value;
            left = null;
            right = null;
            color = RED;
       
   

    private Node root;
    private int size;

    public RBTree()
        root = null;
        size = 0;
   

    public int getSize()
        return size;
   

    public boolean isEmpty()
        return size == 0;
   

    // 判断节点node的颜色
    private boolean isRed(Node node)
        if(node == null)
            return BLACK;
        return node.color;
   

    //   node                     x
    //  /   \\     左旋转         /  \\
    // T1   x   --------->   node   T3
    //     / \\              /   \\
    //    T2 T3            T1   T2
    private Node leftRotate(Node node)

        Node x = node.right;

        // 左旋转
        node.right = x.left;
        x.left = node;

        x.color = node.color;
        node.color = RED;

        return x;
   

    //     node                   x
    //    /   \\     右旋转       /  \\
    //   x    T2   ------->   y   node
    //  / \\                       /  \\
    // y  T1                     T1  T2
    private Node rightRotate(Node node)

        Node x = node.left;

        // 右旋转
        node.left = x.right;
        x.right = node;

        x.color = node.color;
        node.color = RED;

        return x;
   

    // 颜色翻转
    private void flipColors(Node node)

        node.color = RED;
        node.left.color = BLACK;
        node.right.color = BLACK;
   

    // 向红黑树中添加新的元素(key, value)
    public void add(K key, V value)
        root = add(root, key, value);
        root.color = BLACK; // 最终根节点为黑色节点
   

    // 向以node为根的红黑树中插入元素(key, value)，递归算法
    // 返回插入新节点后红黑树的根
    private Node add(Node node, K key, V value)

        if(node == null)
            size ++;
            return new Node(key, value); // 默认插入红色节点
       

        if(key.compareTo(node.key) < 0)
            node.left = add(node.left, key, value);
        else if(key.compareTo(node.key) > 0)
            node.right = add(node.right, key, value);
        else // key.compareTo(node.key) == 0
            node.value = value;

        if (isRed(node.right) && !isRed(node.left))
            node = leftRotate(node);

        if (isRed(node.left) && isRed(node.left.left))
            node = rightRotate(node);

        if (isRed(node.left) && isRed(node.right))
            flipColors(node);

        return node;
   

    // 返回以node为根节点的二分搜索树中，key所在的节点
    private Node getNode(Node node, K key)

        if(node == null)
            return null;

        if(key.equals(node.key))
            return node;
        else if(key.compareTo(node.key) < 0)
            return getNode(node.left, key);
        else // if(key.compareTo(node.key) > 0)
            return getNode(node.right, key);
   

    public boolean contains(K key)
        return getNode(root, key) != null;
   

    public V get(K key)

        Node node = getNode(root, key);
        return node == null ? null : node.value;
   

    public void set(K key, V newValue)
        Node node = getNode(root, key);
        if(node == null)
            throw new IllegalArgumentException(key + " doesnt exist!");

        node.value = newValue;
   

    // 返回以node为根的二分搜索树的最小值所在的节点
    private Node minimum(Node node)
        if(node.left == null)
            return node;
        return minimum(node.left);
   

    // 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小节点
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node removeMin(Node node)

        if(node.left == null)
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size --;
            return rightNode;
       

        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
   

    // 从二分搜索树中删除键为key的节点
    public V remove(K key)

        Node node = getNode(root, key);
        if(node != null)
            root = remove(root, key);
            return node.value;
       
        return null;
   

    private Node remove(Node node, K key)

        if( node == null )
            return null;

        if( key.compareTo(node.key) < 0 )
            node.left = remove(node.left , key);
            return node;
       
        else if(key.compareTo(node.key) > 0 )
            node.right = remove(node.right, key);
            return node;
       
        else   // key.compareTo(node.key) == 0

            // 待删除节点左子树为空的情况
            if(node.left == null)
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size --;
                return rightNode;
           

            // 待删除节点右子树为空的情况
            if(node.right == null)
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
           

            // 待删除节点左右子树均不为空的情况

            // 找到比待删除节点大的最小节点, 即待删除节点右子树的最小节点
            // 用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;
       
   

    public static void main(String[] args)

        System.out.println("Pride and Prejudice");

        ArrayList<String> words = new ArrayList<>();
        if(FileOperation.readFile("pride-and-prejudice.txt", words))
            System.out.println("Total words: " + words.size());

            RBTree<String, Integer> map = new RBTree<>();
            for (String word : words)
                if (map.contains(word))
                    map.set(word, map.get(word) + 1);
                else
                    map.add(word, 1);
           

            System.out.println("Total different words: " + map.getSize());
            System.out.println("Frequency of PRIDE: " + map.get("pride"));
            System.out.println("Frequency of PREJUDICE: " + map.get("prejudice"));
       

        System.out.println();