STL源码—二叉树查找树

为了进一步了解RB树，先了解一下二叉查找树

定义：

二叉查找树是一棵二叉树，因此可以用链式结构来存储数据。若二叉查找树不为空，则应具有以下性质：

1. 关键字的值唯一
2. 若左子树不为空，则子树任何节点关键字值一定小于其根节点的关键字值
3. 若右子树不为空，则子树任何节点关键字值一定大于其根节点的关键字值
4. 左、右子树任然是二叉查找树

结构示意图

查找节点：

1. 若二叉查找树为空，则查找失败
2. 若该树非空且查找数据x等于根节点的值，则查找成功，返回根节点
3. 若该树非空且查找数据x小于根节点的值，则查找左子树，直到值相等，并返回节点
4. 若该树非空且查找数据x大于根节点的值，则查找右子树，直到值相等，并返回节点

插入节点：

1. 若二叉查找树为空，则将结点作为根节点插入
2. 若所插入节点关键字值等于根节点的值，则插入失败，并返回
3. 若所插入节点关键字值小于根节点的值，则把节点插入到左子树中
4. 若所插入节点关键字值大于根节点的值，则把节点插入到右子树中

删除节点：

1. 若p结点为叶子结点，则删去该叶子结点，修改其双亲结点的指针即可。
2. 若p结点只有左子树PL或右子树PR，此时只要令PL或PR直接成为其双亲结点的左子树（当p是左子树）或右子树（当p是右子树）。
3. 若p结点的左子树和右子树均不空。找出节点p的后继节点y（一定在节点p的右子树中），以右子树中的最小数作为后继节点。

下面是实现这些功能的程序

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<malloc.h>#define LENGTH 11struct BinSearNode{int key;struct BinSearNode *left_child;struct BinSearNode *right_child;struct BinSearNode *parent;}Node;typedef struct BinSearNode *PNode;/*Search the node of the tree*/PNode Search_Tree(PNode root,int key){PNode x=root;//the tree is not empty and the key is not equalwhile(NULL!=x && x->key!=key){if(x->key<key)x=x->right_child;//along the right child of tree,until it is emptyelsex=x->left_child;//along the left child of tree,until it is empty}return x;//return the node}/*the minimum key of node in the tree*/PNode Minimum_Tree(PNode root){PNode x=root;while(NULL!=x->left_child){x=x->left_child;}return x;}/*the maxmum key of node in the tree*/PNode Maxmum_Tree(PNode root){PNode x=root;while(NULL!=x->right_child){x=x->right_child;}return x;}/*the successor node of the x,后继节点可以这么理解，将查找树从小到大排序，比他大的值如果有右孩子，那么应该是右子树当中的最小值如果没有右孩子，那么应该向上追溯，直至一个分支节点是其父节点的左孩子，返回父节点可以用于operate++*/PNode Successor_Tree(PNode x){PNode y=NULL;//case 1:the right subtree of node x is not emptyif(NULL!=x->right_child){y=Minimum_Tree(x->right_child);}//case 2:the right subtree of node x is empty//and the node of x has a successor node yelse{y=x->parent;while(NULL!=y && x==y->right_child) {x=y;y=y->parent;}}return y;}/*the predecessor node of the x，前任节点如果节点有左孩子，那么找到左孩子的最大值如果没有左孩子，那么向上追溯直至一个分支当前节点是对应父节点的右孩子，返回父节点的值*/PNode Predecessor_Tree(PNode x){PNode y=NULL;//case 1:the left subtree of node x is not emptyif(NULL!=x->left_child){y=Maxmum_Tree(x->left_child);}//case 2:the left subtree of node x is empty//and the node of x has a predecessor node yelse{y=x->parent;while(NULL!=y && x==y->left_child){x=y;y=y->parent;}}return y;}/*insert a new node into the BST*/void Insert_Tree(PNode *root,int key){PNode x=*root;PNode y=NULL;PNode z=(PNode)malloc(sizeof(Node));//<开辟一个节点的空间if(NULL==z){printf("malloc the z is failed.");exit(1);}//initial the node of zz->key=key;z->left_child=z->right_child=z->parent=NULL;//Find the location node of y to insert the node of zwhile(NULL!=x){y=x; //<找到当前树满足条件的叶子节点了，表示为y，之后在y节点后面进行插入操作if(z->key<x->key)x=x->left_child;elsex=x->right_child;}//insert the node of zz->parent=y;if(NULL==y)*root=z;//tree was emptyelse{if(z->key<y->key)y->left_child=z;elsey->right_child=z;}}void Transplant(PNode *root,PNode u,PNode v){if(NULL==u->parent)*root=v;else{if(u==u->parent->left_child)u->parent->left_child=v;elseu->parent->right_child=v;}if(NULL!=v)v->parent=u->parent;}/*delete a node in the binary search tree*/void Delete_Tree(PNode *root,int key) //<删除节点{//Find the node you want to deletePNode p=Search_Tree(*root,key);if(NULL==p->left_child)Transplant(root,p,p->right_child);else{if(NULL==p->right_child)Transplant(root,p,p->left_child);else{PNode y=Successor_Tree(*root);if(y->parent!=p){Transplant(root,y,y->right_child);y->right_child=p->right_child;y->right_child->parent=y;}Transplant(root,p,y);y->left_child=p->left_child;y->left_child->parent=y;}}}/*print the key of binary search tree*/void ioder_Tree(PNode root){if(NULL!=root){ioder_Tree(root->left_child);printf("  %d",root->key);ioder_Tree(root->right_child);}}int main()  {  int i;  int Arr[LENGTH]={16,6,20,2,7,19,22,1,4,11,8};  PNode root=NULL;  PNode p=NULL;  for(i=0;i<LENGTH;i++)  {  Insert_Tree(&root,Arr[i]);  }  ioder_Tree(root);  printf("\n");  //printf("Hello world!\n");  Delete_Tree(&root,11);  ioder_Tree(root);  printf("\n");  p=Maxmum_Tree(root);  printf("The Maxmum of node is:%d\n",p->key);  p=Minimum_Tree(root);  printf("The Minimum of node is:%d\n",p->key);  return 0;  }  

结果图：

在STL中除了要求是搜索二叉树之外，还需要是平衡搜索二叉树：

因为关联容器很重要的一个是搜索效率

平衡树有很多种比如AVL_tree,RB-tree,AA-tree

平衡二叉树插入节点和删除节点的平均时间都是比较长，但是他们可以很好的避免难以应付的最坏情况

AVL-tree要求任何节点的左右子树的高度相差最多为1

如果插入或者删除操作打破了这些平衡条件，那么这样的树应该需要做相应的旋转操作来达到平衡

RB-tree的节点有红色和黑色的区分，并有一些限制条件，之后会专门进行介绍