-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 6
/
rbtree.go
270 lines (238 loc) · 5.87 KB
/
rbtree.go
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
package maps
const (
RED = true
BLACK = false
)
type Node[T any] struct {
Key int
Value T
Color bool
Left *Node[T]
Right *Node[T]
}
type RBTree[T any] struct {
Root *Node[T]
Size int
}
func NewRBTree[T any]() *RBTree[T] {
return &RBTree[T]{}
}
// Get 方法返回与给定键关联的值。如果键不存在,则返回 nil。
func (tree *RBTree[T]) Get(key int) T {
node := tree.Root
for node != nil {
if key < node.Key {
node = node.Left
} else if key > node.Key {
node = node.Right
} else {
return node.Value
}
}
var t T
return t
}
// InOrder 方法返回一个按键升序的所有节点的切片。
func (tree *RBTree[T]) InOrder() []Node[T] {
nodes := []Node[T]{}
stack := []*Node[T]{}
node := tree.Root
for node != nil || len(stack) > 0 {
for node != nil {
stack = append(stack, node)
node = node.Left
}
node = stack[len(stack)-1]
stack = stack[:len(stack)-1]
nodes = append(nodes, *node)
node = node.Right
}
return nodes
}
// Min 方法返回树中的最小键和对应的值。如果树为空,则返回 nil。
func (tree *RBTree[T]) Min() (int, interface{}) {
if tree.Root == nil {
return 0, nil
}
node := tree.Root
for node.Left != nil {
node = node.Left
}
return node.Key, node.Value
}
// Max 方法返回树中的最大键和对应的值。如果树为空,则返回 nil。
func (tree *RBTree[T]) Max() (int, interface{}) {
if tree.Root == nil {
return 0, nil
}
node := tree.Root
for node.Right != nil {
node = node.Right
}
return node.Key, node.Value
}
// ReverseInOrder 方法返回一个按键降序的所有节点的切片。
func (tree *RBTree[T]) ReverseInOrder() []Node[T] {
nodes := []Node[T]{}
stack := []*Node[T]{}
node := tree.Root
for node != nil || len(stack) > 0 {
for node != nil {
stack = append(stack, node)
node = node.Right
}
node = stack[len(stack)-1]
stack = stack[:len(stack)-1]
nodes = append(nodes, *node)
node = node.Left
}
return nodes
}
// 插入节点
func (tree *RBTree[T]) Insert(key int, value T) {
tree.Root = tree.insert(tree.Root, key, value)
tree.Root.Color = BLACK
tree.Size++
}
func (tree *RBTree[T]) insert(node *Node[T], key int, value T) *Node[T] {
if node == nil {
return &Node[T]{Key: key, Value: value, Color: RED}
}
if key < node.Key {
node.Left = tree.insert(node.Left, key, value)
} else if key > node.Key {
node.Right = tree.insert(node.Right, key, value)
} else {
node.Value = value
}
return tree.balance(node)
}
// 左旋
func (tree *RBTree[T]) rotateLeft(node *Node[T]) *Node[T] {
x := node.Right
node.Right = x.Left
x.Left = node
x.Color = node.Color
node.Color = RED
return x
}
// 右旋
func (tree *RBTree[T]) rotateRight(node *Node[T]) *Node[T] {
x := node.Left
node.Left = x.Right
x.Right = node
x.Color = node.Color
node.Color = RED
return x
}
// 保持红黑树的平衡
func (tree *RBTree[T]) balance(node *Node[T]) *Node[T] {
// 如果当前节点的右子节点是红色,而左子节点是黑色,进行左旋转
// 这是为了保证红色节点都在左侧,即红黑树的性质4:红色节点的两个子节点都是黑色
if isRed(node.Right) && !isRed(node.Left) {
node = tree.rotateLeft(node)
}
// 如果当前节点的左子节点和左子节点的左子节点都是红色,进行右旋转
// 这是为了分解连续的红色节点,即红黑树的性质4:红色节点的两个子节点都是黑色
if isRed(node.Left) && isRed(node.Left.Left) {
node = tree.rotateRight(node)
}
// 如果当前节点的左子节点和右子节点都是红色,进行颜色翻转
// 这是为了保证每个节点到其任何后代的所有路径都包含相同数目的黑色节点,即红黑树的性质5
if isRed(node.Left) && isRed(node.Right) {
flipColors(node)
}
return node
}
func isRed[T any](node *Node[T]) bool {
if node == nil {
return false
}
return node.Color == RED
}
func flipColors[T any](node *Node[T]) {
node.Color = !node.Color
if node.Left != nil {
node.Left.Color = !node.Left.Color
}
if node.Right != nil {
node.Right.Color = !node.Right.Color
}
}
// 删除节点
func (tree *RBTree[T]) Delete(key int) {
var deleted bool
if !isRed(tree.Root.Left) && !isRed(tree.Root.Right) {
tree.Root.Color = RED
}
tree.Root, deleted = tree.delete(tree.Root, key)
if tree.Root != nil {
tree.Root.Color = BLACK
}
if deleted {
tree.Size--
}
}
func (tree *RBTree[T]) delete(node *Node[T], key int) (*Node[T], bool) {
if node == nil {
return nil, false
}
var deleted bool
if key < node.Key {
node.Left, deleted = tree.delete(node.Left, key)
} else {
if isRed(node.Left) {
node = tree.rotateRight(node)
}
if key == node.Key && node.Right == nil {
return nil, true
}
if !isRed(node.Right) && !isRed(node.Right.Left) {
node = tree.moveRedRight(node)
}
if key == node.Key {
x := tree.min(node.Right)
node.Key = x.Key
node.Value = x.Value
node.Right, _ = tree.deleteMin(node.Right)
deleted = true
} else {
node.Right, deleted = tree.delete(node.Right, key)
}
}
return tree.balance(node), deleted
}
func (tree *RBTree[T]) moveRedLeft(node *Node[T]) *Node[T] {
flipColors(node)
if node.Right != nil && isRed(node.Right.Left) {
node.Right = tree.rotateRight(node.Right)
node = tree.rotateLeft(node)
flipColors(node)
}
return node
}
func (tree *RBTree[T]) moveRedRight(node *Node[T]) *Node[T] {
flipColors(node)
if node.Left != nil && isRed(node.Left.Left) {
node = tree.rotateRight(node)
flipColors(node)
}
return node
}
func (tree *RBTree[T]) deleteMin(node *Node[T]) (*Node[T], bool) {
if node.Left == nil {
return nil, true
}
var deleted bool
if !isRed(node.Left) && !isRed(node.Left.Left) {
node = tree.moveRedLeft(node)
}
node.Left, deleted = tree.deleteMin(node.Left)
return tree.balance(node), deleted
}
func (tree *RBTree[T]) min(node *Node[T]) *Node[T] {
if node.Left == nil {
return node
}
return tree.min(node.Left)
}