副标题#e#
Talk is cheap,show me the code.
红黑树真是抄了好久才抄完,要是有时间真应该重新写一下。
#ifndef _RED_BLACK_TREE_HPP_ #define _RED_BLACK_TREE_HPP_ #include <iomanip> #include <iostream> using namespace std; enum RBTColor{RED,BLACK}; template <class T> class RBTNode{ public: RBTColor color; // 颜色 T key; // 关键字(键值) RBTNode *left; // 左孩子 RBTNode *right; // 右孩子 RBTNode *parent; // 父结点 RBTNode(T value,RBTColor c,RBTNode *p,RBTNode *l,RBTNode *r): key(value),color(c),parent(),left(l),right(r) {} }; template <class T> class RBTree { private: RBTNode<T> *mRoot; // 根结点 public: RBTree(); ~RBTree(); // 前序遍历"红黑树" void preOrder(); // 中序遍历"红黑树" void inOrder(); // 后序遍历"红黑树" void postOrder(); // (递归实现)查找"红黑树"中键值为key的节点 RBTNode<T>* search(T key); // 查找最小结点:返回最小结点的键值。 T minimum(); // 查找最大结点:返回最大结点的键值。 T maximum(); // 找结点(x)的后继结点。即,查找"红黑树中数据值大于该结点"的"最小结点"。 RBTNode<T>* successor(RBTNode<T> *x); // 找结点(x)的前驱结点。即,查找"红黑树中数据值小于该结点"的"最大结点"。 RBTNode<T>* predecessor(RBTNode<T> *x); // 将结点(key为节点键值)插入到红黑树中 void insert(T key); // 删除结点(key为节点键值) void remove(T key); // 销毁红黑树 void destroy(); // 打印红黑树 void print(); //删除小于h的节点 void deleteLessThan(T h); //删除大于h的节点 void deleteLargerThan(T h); //删除大于l小于h的节点 void deleteBetween(T l,T h); int depth(T x) { int d =1; RBTNode<T>* t = mRoot; while(t!=NULL&&t->key!=x) { if(t->key>x) t = t->left; else t = t->right; d++; } if(t==NULL) return -1; else return d; } private: // 前序遍历"红黑树" void preOrder(RBTNode<T>* tree) const; // 中序遍历"红黑树" void inOrder(RBTNode<T>* tree) const; // 后序遍历"红黑树" void postOrder(RBTNode<T>* tree) const; // (递归实现)查找"红黑树x"中键值为key的节点 RBTNode<T>* search(RBTNode<T>* x,T key) const; // (非递归实现)查找"红黑树x"中键值为key的节点 RBTNode<T>* iterativeSearch(RBTNode<T>* x,T key) const; // 查找最小结点:返回tree为根结点的红黑树的最小结点。 RBTNode<T>* minimum(RBTNode<T>* tree); // 查找最大结点:返回tree为根结点的红黑树的最大结点。 RBTNode<T>* maximum(RBTNode<T>* tree); // 左旋 void leftRotate(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* x); // 右旋 void rightRotate(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* y); // 插入函数 void insert(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* node); // 插入修正函数 void insertFixUp(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* node); // 删除函数 void remove(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T> *node); // 删除修正函数 void removeFixUp(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T> *node,RBTNode<T> *parent); // 销毁红黑树 void destroy(RBTNode<T>* &tree); // 打印红黑树 void print(RBTNode<T>* tree,T key,int direction); // void deleteBetween(RBTNode<T>* tree,T l,T h); #define rb_parent(r) ((r)->parent) #define rb_color(r) ((r)->color) #define rb_is_red(r) ((r)->color==RED) #define rb_is_black(r) ((r)->color==BLACK) #define rb_set_black(r) do { (r)->color = BLACK; } while (0) #define rb_set_red(r) do { (r)->color = RED; } while (0) #define rb_set_parent(r,p) do { (r)->parent = (p); } while (0) #define rb_set_color(r,c) do { (r)->color = (c); } while (0) }; template<class T> void RBTree<T>::deleteBetween(RBTNode<T>* tree,T h) { if(tree ==NULL) return; if(tree->key<l){tree=tree->right;deleteBetween(tree,l,h);return;} if(tree->key>h){tree=tree->left;deleteBetween(tree,h);return;} remove(tree->key); deleteBetween(mRoot,h); return; } template<class T> void RBTree<T>::deleteBetween(T l,T h) { deleteBetween(mRoot,h); } template<class T> void RBTree<T>::deleteLessThan(T h) { T t; while((t=minimum())<h) remove(t); } template<class T> void RBTree<T>::deleteLargerThan(T h) { T t; while((t=maximum())>h) remove(t); } template <class T> RBTree<T>::RBTree():mRoot(NULL) { mRoot = NULL; } template <class T> RBTree<T>::~RBTree() { destroy(); } template <class T> void RBTree<T>::preOrder(RBTNode<T>* tree) const { if(tree != NULL) { cout<< tree->key << " " ; preOrder(tree->left); preOrder(tree->right); } } template <class T> void RBTree<T>::preOrder() { preOrder(mRoot); } template <class T> void RBTree<T>::inOrder(RBTNode<T>* tree) const { if(tree != NULL) { inOrder(tree->left); cout<< tree->key << " " ; inOrder(tree->right); } } template <class T> void RBTree<T>::inOrder() { inOrder(mRoot); } template <class T> void RBTree<T>::postOrder(RBTNode<T>* tree) const { if(tree != NULL) { postOrder(tree->left); postOrder(tree->right); cout<< tree->key << " " ; } } template <class T> void RBTree<T>::postOrder() { postOrder(mRoot); } template <class T> RBTNode<T>* RBTree<T>::search(RBTNode<T>* x,T key) const { if (x==NULL || x->key==key) return x; if (key < x->key) return search(x->left,key); else return search(x->right,key); } template <class T> RBTNode<T>* RBTree<T>::search(T key) { search(mRoot,key); } template <class T> RBTNode<T>* RBTree<T>::minimum(RBTNode<T>* tree) { if (tree == NULL) return NULL; while(tree->left != NULL) tree = tree->left; return tree; } template <class T> T RBTree<T>::minimum() { RBTNode<T> *p = minimum(mRoot); if (p != NULL) return p->key; return (T)NULL; } template <class T> RBTNode<T>* RBTree<T>::maximum(RBTNode<T>* tree) { if (tree == NULL) return NULL; while(tree->right != NULL) tree = tree->right; return tree; } template <class T> T RBTree<T>::maximum() { RBTNode<T> *p = maximum(mRoot); if (p != NULL) return p->key; return (T)NULL; } template <class T> RBTNode<T>* RBTree<T>::successor(RBTNode<T> *x) { // 如果x存在右孩子,则"x的后继结点"为 "以其右孩子为根的子树的最小结点"。 if (x->right != NULL) return minimum(x->right); // 如果x没有右孩子。则x有以下两种可能: // (01) x是"一个左孩子",则"x的后继结点"为 "它的父结点"。 // (02) x是"一个右孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有左孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的后继结点"。 RBTNode<T>* y = x->parent; while ((y!=NULL) && (x==y->right)) { x = y; y = y->parent; } return y; } template <class T> RBTNode<T>* RBTree<T>::predecessor(RBTNode<T> *x) { // 如果x存在左孩子,则"x的前驱结点"为 "以其左孩子为根的子树的最大结点"。 if (x->left != NULL) return maximum(x->left); // 如果x没有左孩子。则x有以下两种可能: // (01) x是"一个右孩子",则"x的前驱结点"为 "它的父结点"。 // (01) x是"一个左孩子",则查找"x的最低的父结点,并且该父结点要具有右孩子",找到的这个"最低的父结点"就是"x的前驱结点"。 RBTNode<T>* y = x->parent; while ((y!=NULL) && (x==y->left)) { x = y; y = y->parent; } return y; } template <class T> void RBTree<T>::leftRotate(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* x) { RBTNode<T> *y = x->right; x->right = y->left; if (y->left != NULL) y->left->parent = x; y->parent = x->parent; if (x->parent == NULL) { root = y; // 如果 “x的父亲” 是空节点,则将y设为根节点 } else { if (x->parent->left == x) x->parent->left = y; // 如果 x是它父节点的左孩子,则将y设为“x的父节点的左孩子” else x->parent->right = y; // 如果 x是它父节点的左孩子,则将y设为“x的父节点的左孩子” } y->left = x; x->parent = y; } template <class T> void RBTree<T>::rightRotate(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* y) { RBTNode<T> *x = y->left; // 将 “x的右孩子” 设为 “y的左孩子”; // 如果"x的右孩子"不为空的话,将 “y” 设为 “x的右孩子的父亲” y->left = x->right; if (x->right != NULL) x->right->parent = y; // 将 “y的父亲” 设为 “x的父亲” x->parent = y->parent; if (y->parent == NULL) { root = x; // 如果 “y的父亲” 是空节点,则将x设为根节点 } else { if (y == y->parent->right) y->parent->right = x; // 如果 y是它父节点的右孩子,则将x设为“y的父节点的右孩子” else y->parent->left = x; // (y是它父节点的左孩子) 将x设为“x的父节点的左孩子” } // 将 “y” 设为 “x的右孩子” x->right = y; // 将 “y的父节点” 设为 “x” y->parent = x; } template <class T> void RBTree<T>::insertFixUp(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* node) { RBTNode<T> *parent,*gparent; // 若“父节点存在,并且父节点的颜色是红色” while ((parent = rb_parent(node)) && rb_is_red(parent)) { gparent = rb_parent(parent); //若“父节点”是“祖父节点的左孩子” if (parent == gparent->left) { // Case 1条件:叔叔节点是红色 { RBTNode<T> *uncle = gparent->right; if (uncle && rb_is_red(uncle)) { rb_set_black(uncle); rb_set_black(parent); rb_set_red(gparent); node = gparent; continue; } } // Case 2条件:叔叔是黑色,且当前节点是右孩子 if (parent->right == node) { RBTNode<T> *tmp; leftRotate(root,parent); tmp = parent; parent = node; node = tmp; } // Case 3条件:叔叔是黑色,且当前节点是左孩子。 rb_set_black(parent); rb_set_red(gparent); rightRotate(root,gparent); } else//若“z的父节点”是“z的祖父节点的右孩子” { // Case 1条件:叔叔节点是红色 { RBTNode<T> *uncle = gparent->left; if (uncle && rb_is_red(uncle)) { rb_set_black(uncle); rb_set_black(parent); rb_set_red(gparent); node = gparent; continue; } } // Case 2条件:叔叔是黑色,且当前节点是左孩子 if (parent->left == node) { RBTNode<T> *tmp; rightRotate(root,parent); tmp = parent; parent = node; node = tmp; } // Case 3条件:叔叔是黑色,且当前节点是右孩子。 rb_set_black(parent); rb_set_red(gparent); leftRotate(root,gparent); } } // 将根节点设为黑色 rb_set_black(root); } template <class T> void RBTree<T>::insert(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T>* node) { RBTNode<T> *y = NULL; RBTNode<T> *x = root; // 1. 将红黑树当作一颗二叉查找树,将节点添加到二叉查找树中。 while (x != NULL) { y = x; if (node->key < x->key) x = x->left; else x = x->right; } node->parent = y; if (y!=NULL) { if (node->key < y->key) y->left = node; else y->right = node; } else root = node; // 2. 设置节点的颜色为红色 node->color = RED; // 3. 将它重新修正为一颗二叉查找树 insertFixUp(root,node); } template <class T> void RBTree<T>::insert(T key) { RBTNode<T> *z=NULL; // 如果新建结点失败,则返回。 if ((z=new RBTNode<T>(key,BLACK,NULL,NULL)) == NULL) return ; insert(mRoot,z); } template <class T> void RBTree<T>::removeFixUp(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T> *parent) { RBTNode<T> *other; while ((!node || rb_is_black(node)) && node != root) { if (parent->left == node) { other = parent->right; if (rb_is_red(other)) { // Case 1: x的兄弟w是红色的 rb_set_black(other); rb_set_red(parent); leftRotate(root,parent); other = parent->right; } if ((!other->left || rb_is_black(other->left)) && (!other->right || rb_is_black(other->right))) { // Case 2: x的兄弟w是黑色,且w的俩个孩子也都是黑色的 rb_set_red(other); node = parent; parent = rb_parent(node); } else { if (!other->right || rb_is_black(other->right)) { // Case 3: x的兄弟w是黑色的,并且w的左孩子是红色,右孩子为黑色。 rb_set_black(other->left); rb_set_red(other); rightRotate(root,other); other = parent->right; } // Case 4: x的兄弟w是黑色的;并且w的右孩子是红色的,左孩子任意颜色。 rb_set_color(other,rb_color(parent)); rb_set_black(parent); rb_set_black(other->right); leftRotate(root,parent); node = root; break; } } else { other = parent->left; if (rb_is_red(other)) { // Case 1: x的兄弟w是红色的 rb_set_black(other); rb_set_red(parent); rightRotate(root,parent); other = parent->left; } if ((!other->left || rb_is_black(other->left)) && (!other->right || rb_is_black(other->right))) { // Case 2: x的兄弟w是黑色,且w的俩个孩子也都是黑色的 rb_set_red(other); node = parent; parent = rb_parent(node); } else { if (!other->left || rb_is_black(other->left)) { // Case 3: x的兄弟w是黑色的,并且w的左孩子是红色,右孩子为黑色。 rb_set_black(other->right); rb_set_red(other); leftRotate(root,other); other = parent->left; } // Case 4: x的兄弟w是黑色的;并且w的右孩子是红色的,左孩子任意颜色。 rb_set_color(other,rb_color(parent)); rb_set_black(parent); rb_set_black(other->left); rightRotate(root,parent); node = root; break; } } } if (node) rb_set_black(node); } template <class T> void RBTree<T>::remove(RBTNode<T>* &root,RBTNode<T> *node) { RBTNode<T> *child,*parent; RBTColor color; // 被删除节点的"左右孩子都不为空"的情况。 if ( (node->left!=NULL) && (node->right!=NULL) ) { // 被删节点的后继节点。(称为"取代节点") // 用它来取代"被删节点"的位置,然后再将"被删节点"去掉。 RBTNode<T> *replace = node; // 获取后继节点 replace = replace->right; while (replace->left != NULL) replace = replace->left; // "node节点"不是根节点(只有根节点不存在父节点) if (rb_parent(node)) { if (rb_parent(node)->left == node) rb_parent(node)->left = replace; else rb_parent(node)->right = replace; } else // "node节点"是根节点,更新根节点。 root = replace; // child是"取代节点"的右孩子,也是需要"调整的节点"。 // "取代节点"肯定不存在左孩子!因为它是一个后继节点。 child = replace->right; parent = rb_parent(replace); // 保存"取代节点"的颜色 color = rb_color(replace); // "被删除节点"是"它的后继节点的父节点" if (parent == node) { parent = replace; } else { // child不为空 if (child) rb_set_parent(child,parent); parent->left = child; replace->right = node->right; rb_set_parent(node->right,replace); } replace->parent = node->parent; replace->color = node->color; replace->left = node->left; node->left->parent = replace; if (color == BLACK) removeFixUp(root,child,parent); delete node; return ; } if (node->left !=NULL) child = node->left; else child = node->right; parent = node->parent; // 保存"取代节点"的颜色 color = node->color; if (child) child->parent = parent; // "node节点"不是根节点 if (parent) { if (parent->left == node) parent->left = child; else parent->right = child; } else root = child; if (color == BLACK) removeFixUp(root,parent); delete node; } template <class T> void RBTree<T>::remove(T key) { RBTNode<T> *node; // 查找key对应的节点(node),找到的话就删除该节点 if ((node = search(mRoot,key)) != NULL) remove(mRoot,node); } template <class T> void RBTree<T>::destroy(RBTNode<T>* &tree) { if (tree==NULL) return ; if (tree->left != NULL) return destroy(tree->left); if (tree->right != NULL) return destroy(tree->right); delete tree; tree=NULL; } template <class T> void RBTree<T>::destroy() { destroy(mRoot); } /* * 打印"二叉查找树" * * key -- 节点的键值 * direction -- 0,表示该节点是根节点; * -1,表示该节点是它的父结点的左孩子; * 1,表示该节点是它的父结点的右孩子。 */ template <class T> void RBTree<T>::print(RBTNode<T>* tree,int direction) { if(tree != NULL) { if(direction==0) // tree是根节点 cout << setw(2) << tree->key << "(B) is root" << endl; else // tree是分支节点 cout << setw(2) << tree->key << (rb_is_red(tree)?"(R)":"(B)") << " is " << setw(2) << key << "'s " << setw(12) << (direction==1?"right child" : "left child") << endl; print(tree->left,tree->key,-1); print(tree->right,1); } } template <class T> void RBTree<T>::print() { if (mRoot != NULL) print(mRoot,mRoot->key,0); } #endif
主函数
#p#副标题#e##p#分页标题#e#
#include <iostream> #include "RBTree.h" using namespace std; int main() { int a[]= {200,250,122,77,75,80,99,70,110,120,300}; int i; int ilen = (sizeof(a)) / (sizeof(a[0])) ; RBTree<int>* tree=new RBTree<int>(); for(i=0; i<ilen; i++) { tree->insert(a[i]); } cout<<"depth of 110 "<<tree->depth(110)<<endl; cout << "前序遍历: "; tree->preOrder(); cout << "\n中序遍历: "; tree->inOrder(); cout << "\n后序遍历: "; tree->postOrder(); cout << endl; // cout << "最小值: " << tree->minimum() << endl; // cout << "最大值: " << tree->maximum() << endl; cout << "树的详细信息: " << endl; tree->print(); tree->deleteLessThan(100); cout<<"\n=====After delete node less than 100========="; cout << "\n中序遍历: "; tree->inOrder(); cout << "\n"; tree->destroy(); RBTree<int>* tree1=new RBTree<int>(); for(i=0; i<ilen; i++) { tree1->insert(a[i]); } cout<<"\n=====After delete node larger than 200========="; cout << "\n中序遍历: "; tree1->deleteLargerThan(200); tree1->inOrder(); cout << "\n"; RBTree<int>* tree2=new RBTree<int>(); for(i=0; i<ilen; i++) { tree2->insert(a[i]); } cout<<"\n=====After delete node 100 - 200========="; cout << "\n中序遍历: "; tree2->deleteBetween(100,200); tree2->inOrder(); cout << "\n"; return 0; }
print?函数感觉写的很好?。。。