引用自此博客文章,感谢CarpenterLee
史上最清晰的红黑树讲解(下)
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上一篇文章史上最清晰的红黑树讲解(上)对java TreeMap的插入以及插入之后的调整过程给出了详述。本文接着以Java TreeMap为例,从源码层面讲解红黑树的删除,以及删除之后的调整过程。如果还没有看过上一篇文章,请在阅读本文之前大致浏览一下前文,以方便理解。
寻找节点后继
对于一棵二叉查找树,给定节点t,其后继(树种比大于t的最小的那个元素)可以通过如下方式找到:
t的右子树不空,则t的后继是其右子树中最小的那个元素。t的右孩子为空,则t的后继是其第一个向左走的祖先。后继节点在红黑树的删除操作中将会用到。
TreeMap中寻找节点后继的代码如下:
// 寻找节点后继函数successor()static <K,V> TreeMap.Entry<K,V> successor(Entry<K,V> t) { if (t == null) return null; else if (t.right != null) {// 1. t的右子树不空,则t的后继是其右子树中最小的那个元素 Entry<K,V> p = t.right; while (p.left != null) p = p.left; return p; } else {// 2. t的右孩子为空,则t的后继是其第一个向左走的祖先 Entry<K,V> p = t.parent; Entry<K,V> ch = t; while (p != null && ch == p.right) { ch = p; p = p.parent; } return p; }}remove()
remove(Object key)
的作用是删除key
值对应的entry
,该方法首先通过上文中提到的getEntry(Object key)
方法找到key
值对应的entry
,然后调用deleteEntry(Entry<K,V> entry)
删除对应的entry
。由于删除操作会改变红黑树的结构,有可能破坏红黑树的约束条件,因此有可能要进行调整。
getEntry()
函数前面已经讲解过,这里重点放deleteEntry()
上,该函数删除指定的entry并在红黑树的约束被破坏时进行调用fixAfterDeletion(Entry<K,V> x)
进行调整。
由于红黑树是一棵增强版的二叉查找树,红黑树的删除操作跟普通二叉查找树的删除操作也就非常相似,唯一的区别是红黑树在节点删除之后可能需要进行调整。现在考虑一棵普通二叉查找树的删除过程,可以简单分为两种情况:
删除点p的左右子树都为空,或者只有一棵子树非空。删除点p的左右子树都非空。对于上述情况1,处理起来比较简单,直接将p删除(左右子树都为空时),或者用非空子树替代p(只有一棵子树非空时);对于情况2,可以用p的后继s(树中大于x的最小的那个元素)代替p,然后使用情况1删除s(此时s一定满足情况1,可以画画看)。
基于以上逻辑,红黑树的节点删除函数deleteEntry()
代码如下:
上述代码中占据大量代码行的,是用来修改父子节点间引用关系的代码,其逻辑并不难理解。下面着重讲解删除后调整函数fixAfterDeletion()
。首先请思考一下,删除了哪些点才会导致调整?只有删除点是BLACK的时候,才会触发调整函数,因为删除RED节点不会破坏红黑树的任何约束,而删除BLACK节点会破坏规则4。
跟上文中讲过的fixAfterInsertion()
函数一样,这里也要分成若干种情况。记住,无论有多少情况,具体的调整操作只有两种:1.改变某些节点的颜色,2.对某些节点进行旋转。
上述图解的总体思想是:将情况1首先转换成情况2,或者转换成情况3和情况4。当然,该图解并不意味着调整过程一定是从情况1开始。通过后续代码我们还会发现几个有趣的规则:a).如果是由情况1之后紧接着进入的情况2,那么情况2之后一定会退出循环(因为x为红色);b).一旦进入情况3和情况4,一定会退出循环(因为x为root)。
删除后调整函数fixAfterDeletion()
的具体代码如下,其中用到了上文中提到的rotateLeft()
和rotateRight()
函数。通过代码我们能够看到,情况3其实是落在情况4内的。情况5~情况8跟前四种情况是对称的,因此图解中并没有画出后四种情况,读者可以参考代码自行理解。
TreeSet
前面已经说过TreeSet是对TeeMap的简单包装,对TreeSet的函数调用都会转换成合适的TeeMap方法,因此TreeSet的实现非常简单。这里不再赘述。
// TreeSet是对TreeMap的简单包装public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable{ ...... private transient NavigableMap<E,Object> m; // Dummy value to associate with an Object in the backing Map private static final Object PRESENT = new Object(); public TreeSet() { this.m = new TreeMap<E,Object>();// TreeSet里面有一个TreeMap } ...... public boolean add(E e) { return m.put(e, PRESENT)==null; } ......}新闻热点
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