Java开发 - 树(二叉树,二叉排序树,红黑树)(三)

简介: Java开发 - 树(二叉树,二叉排序树,红黑树)

平衡二叉树


平衡二叉树又称为AVL树,AVL树通过旋转(左旋/右旋)来保证二叉排序树的平衡状态,AVL树会保证树的左右子树高度差始终是<=1,AVL树达到的平衡状态是绝对平衡(左右子树的高度差<=1),看下图查看旋转变化:

1.png

红黑树


红黑树是实现了自平衡的二叉排序树,但并不是平衡二叉树那样的绝对平衡,它的左右子树相差可以大于1,正如其名,所有的节点要么红色,要么黑色。


保证平衡


旋转

调整节点颜色

根结点必须为黑色

新添加的节点必然是红色,但是添加成功后由于旋转,可能会变为黑色


红黑树的规则


节点为红色或者黑色

根结点为黑色

所有叶子结点是黑色

每个红色节点的左右子树为黑色,也就是说,每个叶子结点到根结点的路径上不能出现两个连续的红色节点

任意叶子结点到根节点的黑色节点数量相同,称作黑高相同

1.png

这里说明下叶子结点都为黑色的原因,图中看到的有红色,有黑色,大家应该看到我标出来的红色箭头,每个箭头默认还指着一个隐藏的黑色的为null节点 。


红黑树的应用


TreeMap

TreeSet


由于TreeSet底层调用了TreeMap,所以,我们猜测出,所有的set和map都有这样的关系:


HashSet/HashMap  数据结构为散列表,输出引用,得到的结果为无序结果

TreeSet/TreeMap  数据结构为红黑树  输出引用,得到的结果为中序遍历的结果 -- 升序排列

LinkedHashSet/LinkedHashMap  输出引用,得到的结果为有序的结果


所以,set集合是不可重复的集合,并不是无序的集合,实现类不同,可能就会出现有序的时候。


散列表


散列表其实算是红黑树的范畴,但是其涉及内容太多,所以就单独拉一个大标题来写一些,东西比较多,也是最后一个知识点,看到这里了,不妨继续看下去吧。


应用类为HashMap,散列表是一种数据结构,它的底层实现如下:


JDK1.8之前,散列表的数据结构为数组+链表

JDK1.8开始,散列表的数据结构为数组+链表+红黑树

1.png

向散列表中存数据


根据key调用hashCode()方法,得到哈希码值;

哈希码值再调用散列算法,得到一个整数,这个整数就是保存在数组中的下标;

如果散列桶为空,将键值对直接存入,否则用这个准备存入的值和已经存在散列桶中的值进行比较

相等,则新的value覆盖原来的value

否则,在该散列桶中形成链表


hashCode()方法特点


该方法的目的是尽可能的为不同的对象分配不同的整数,其特点如下:


一次程序运行期间,同一个对象多次调用次方法,哈希码值一定相等;

两个对象调用equals方法结果为true,这两个方法调用hashCode()方法生成的整数一定相等;

两个对象调用equals方法结果为true,这两个方法调用hashCode()方法生成的整数可能相等,也可能不同;


链表的产生原因


不同的对象调用hashCode(),可能会形成相同的整数,最终导致下标一致;

不同的对象调用hashCode(),可能会形成不同的整数,不同的整数再调用散列算法后得到相同的下标;

以上这种现象叫做哈希冲突或者哈希碰撞,要降低这种概率的发生,散列表可通过扩容的方式降低发生概率。


链表存在的问题


我们都知道,链表的查询效率是比较低的,若散列桶中只有一个键值对,那直接就能通过下标找到,但是若有多个的时候,通过下标找到后还需要对链表进行查询,这就降低了查询的效率。


所以我们做的就是尽可能减少链表的产生,怎么做呢?


没错,扩容!当数组中元素达到一定的数量后就对数组进行扩容,一般为原长度的两倍。所以要找一个扩容依据。


扩容因数=可保存最大数/总容量


初始状态总容量16,可保存最大数12,当第13个元素出现时,数组就扩容为原来的2倍。


数组的扩容


当数组中元素达到一定的数量后就对数组进行扩容,一般为原长度的两倍,特别注意,此时数组中的元素会重新进行散列。


散列表的初始容量为2的n次方,如果初始值给的不是2的n次方,则会自动给出相近的且大于设置值的2的n次方的值。比如给9,则容量为16,给17,容量为32。


前面说过,JDK1.8之后,散列表的数据结构变为数组+链表+红黑树,所以自JDK1.8开始,当散列表中元素数量超过64,或者散列桶中链表长度等于8时,会将链表转化为红黑树,红黑树的查询效率更高,可提高整体的查询效率。


结语


到这里,这篇博客就要和大家说再见了,基本知识点都有涵盖,如有遗漏或者讲的不对的地方,欢迎指正,也欢迎留言一起探讨数据结构,写作不易,觉得不错就点赞收藏来鼓励下博主吧。

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