騰訊面試題：有了二叉查找樹、平衡樹為啥還需要紅黑樹？
大家好，我是帥地。
在校招面試的時候，還是有好幾次被問到了紅黑樹，不過對于紅黑樹，一般是不可能讓你寫代碼實現(xiàn)了，如果遇到這樣的面試官，那就只能說倒霉了。
在我面試的過程中，被考察的最多的估就是為什么有了二查找查找樹/平衡樹還需要紅黑樹這個問題了。
面試官一般都會讓你說一說紅黑樹的應(yīng)用 + 于其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較，只要你掌握我今天的這篇文章，那么應(yīng)付文中的這個面試題，應(yīng)該就很穩(wěn)的了。
1、二叉查找樹的缺點
二叉查找樹，相信大家都接觸過，二叉查找樹的特點就是左子樹的節(jié)點值比父親節(jié)點小，而右子樹的節(jié)點值比父親節(jié)點大，如圖
基于二叉查找樹的這種特點，我們在查找某個節(jié)點的時候，可以采取類似于二分查找的思想，快速找到某個節(jié)點。n 個節(jié)點的二叉查找樹，正常的情況下，查找的時間復(fù)雜度為 O（logn）。
之所以說是正常情況下，是因為二叉查找樹有可能出現(xiàn)一種極端的情況，例如
這種情況也是滿足二叉查找樹的條件，然而，此時的二叉查找樹已經(jīng)近似退化為一條鏈表，這樣的二叉查找樹的查找時間復(fù)雜度頓時變成了 O(n)，可想而知，我們必須不能讓這種情況發(fā)生，為了解決這個問題，于是我們引申出了平衡二叉樹。
2、平衡二叉樹
平衡二叉樹就是為了解決二叉查找樹退化成一顆鏈表而誕生了，平衡樹具有如下特點
1、具有二叉查找樹的全部特性。
2、每個節(jié)點的左子樹和右子樹的高度差至多等于1。
例如：圖一就是一顆平衡樹了，而圖二則不是(節(jié)點右邊標的是這個節(jié)點的高度)
對于圖二，因為節(jié)點9的左孩子高度為2，而右孩子高度為0。他們之間的差值超過1了。
平衡樹基于這種特點就可以保證不會出現(xiàn)大量節(jié)點偏向于一邊的情況了。關(guān)于平衡樹如何構(gòu)建、插入、刪除、左旋、右旋等操作這里不在說明，具體可以看我之前寫的一篇文章：【漫畫】以后在有面試官問你AVL樹，你就把這篇文章扔給他。
于是，通過平衡樹，我們解決了二叉查找樹的缺點。對于有 n 個節(jié)點的平衡樹，最壞的查找時間復(fù)雜度也為 O(logn)。
3、為什么有了平衡樹還需要紅黑樹？
雖然平衡樹解決了二叉查找樹退化為近似鏈表的缺點，能夠把查找時間控制在 O(logn)，不過卻不是最佳的，因為平衡樹要求每個節(jié)點的左子樹和右子樹的高度差至多等于1，這個要求實在是太嚴了，導(dǎo)致每次進行插入/刪除節(jié)點的時候，幾乎都會破壞平衡樹的第二個規(guī)則，進而我們都需要通過左旋和右旋來進行調(diào)整，使之再次成為一顆符合要求的平衡樹。
顯然，如果在那種插入、刪除很頻繁的場景中，平衡樹需要頻繁著進行調(diào)整，這會使平衡樹的性能大打折扣，為了解決這個問題，于是有了紅黑樹，紅黑樹具有如下特點：
1、具有二叉查找樹的特點。
2、根節(jié)點是黑色的；
3、每個葉子節(jié)點都是黑色的空節(jié)點（NIL），也就是說，葉子節(jié)點不存數(shù)據(jù)。
4、任何相鄰的節(jié)點都不能同時為紅色，也就是說，紅色節(jié)點是被黑色節(jié)點隔開的。
5、每個節(jié)點，從該節(jié)點到達其可達的葉子節(jié)點是所有路徑，都包含相同數(shù)目的黑色節(jié)點。
例如下面的圖片（注意，圖片中黑色的、空的葉子節(jié)點沒有畫出）（圖片來自極客時間）
正是由于紅黑樹的這種特點，使得它能夠在最壞情況下，也能在 O(logn) 的時間復(fù)雜度查找到某個節(jié)點。至于為什么就能夠保證時間復(fù)雜度為 O(logn)，我這里就不細講了，后面的文章可能會講。
不過，與平衡樹不同的是，紅黑樹在插入、刪除等操作，不會像平衡樹那樣，頻繁著破壞紅黑樹的規(guī)則，所以不需要頻繁著調(diào)整，這也是我們?yōu)槭裁创蠖鄶?shù)情況下使用紅黑樹的原因。
不過，如果你要說，單單在查找方面的效率的話，平衡樹比紅黑樹快。
所以，我們也可以說，紅黑樹是一種不大嚴格的平衡樹。也可以說是一個折中發(fā)方案。
如果我上面講的，你都懂，都能夠在面試中說出來，應(yīng)該是足夠的了。我當時就是這么回答的。
4、總結(jié)
所以，最后的答案是，平衡樹是為了解決二叉查找樹退化為鏈表的情況，而紅黑樹是為了解決平衡樹在插入、刪除等操作需要頻繁調(diào)整的情況。
不過，紅黑樹還有挺多其他的知識點可以考，例如紅黑樹有哪些應(yīng)用場景？向集合容器中 HashMap，TreeMap 等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就用到了紅黑樹了。還有構(gòu)建一棵節(jié)點個數(shù)為 n 的紅黑樹，時間復(fù)雜度是多少？紅黑樹與哈希表在不同應(yīng)該場景的選擇？紅黑樹有哪些性質(zhì)？紅黑樹各種操作的時間復(fù)雜度是多少？
如果你把這些都弄懂了，應(yīng)該就差不多可以的了，后面有時間的話，我給大家詳細講一下這些題，這里最好是要求理解，而不是死記硬背。