手撕紅黑樹的 左旋 與 右旋

一、為什么需要旋轉?

在紅黑樹中,插入或刪除節點可能會破壞其五條性質,比如高度不平衡或連續紅節點。

為了恢復紅黑性質,我們采用局部旋轉來“調整樹形結構”,保持平衡。


二、旋轉本質是“局部變形”

  • 左旋和右旋不會破壞中序遍歷結果(即元素仍是有序的)
  • 旋轉只是在三到四個節點之間調整指針結構

三、🔄 左旋(Left Rotation)

目的:把某個節點往上提,把右子節點放下來

對節點 x 做左旋,即把 x 的右子節點 y 轉換為其父節點,y 的左子樹轉為 x 的右子樹。

? 前提:
  • 節點 x 有一個右子節點 y
📌 結構變化圖:
原始結構:             旋轉后結構:x                      y
\                    /
y       -->        x
/                      \
T1                      T1
🔧 偽代碼(C++ 風格):
Node* leftRotate(Node* x) {Node* y = x->right;x->right = y->left;if (y->left) y->left->parent = x;y->parent = x->parent;if (!x->parent) root = y;else if (x == x->parent->left) x->parent->left = y;else x->parent->right = y;y->left = x;x->parent = y;return y;
}

四、🔁 右旋(Right Rotation)

目的:把某個節點往上提,把左子節點放下來

對節點 y 做右旋,即把 y 的左子節點 x 轉換為其父節點,x 的右子樹轉為 y 的左子樹。

? 前提:
  • 節點 y 有一個左子節點 x
📌 結構變化圖:
原始結構:             旋轉后結構:y                    x
/                      \
x         -->           y
\                    /
T1                T1
🔧 偽代碼(C++ 風格):
Node* rightRotate(Node* y) {Node* x = y->left;y->left = x->right;if (x->right) x->right->parent = y;x->parent = y->parent;if (!y->parent) root = x;else if (y == y->parent->left) y->parent->left = x;else y->parent->right = x;x->right = y;y->parent = x;return x;
}

五、動手建議

手動畫出下面結構并旋轉:

         10\20\30

此時你對 10 進行左旋,會得到:

         20/  \10    30

六、應用場景提示

  • 左旋和右旋是紅黑樹維護性質的唯一“結構性操作”
  • 接下來我們講:插入時的三種情況 + 旋轉修復方式

? 小測試

  1. 紅黑樹為什么旋轉后仍能保持 BST 的性質?
  2. 左旋后,原節點的右子節點發生了什么變化?
  3. 紅黑樹旋轉是否會破壞紅黑性質?

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