JDK中如何刪除元素

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)JDK中如何刪除元素，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

刪除元素

刪除元素本身比較簡(jiǎn)單，就是采用二叉樹(shù)的刪除規(guī)則。

• 如果刪除的位置有兩個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，則從其右子樹(shù)中取最小的元素放到刪除的位置，然后把刪除位置移到替代元素的位置，進(jìn)入下一步。

• 如果刪除的位置只有一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)（有可能是經(jīng)過(guò)第一步轉(zhuǎn)換后的刪除位置），則把那個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)作為替代元素，放到刪除的位置，然后把這個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)刪除。

• 如果刪除的位置沒(méi)有葉子節(jié)點(diǎn)，則直接把這個(gè)刪除位置的元素刪除即可。

• 針對(duì)紅黑樹(shù)，如果刪除位置是黑色節(jié)點(diǎn)，還需要做再平衡。

• 如果有替代元素，則以替代元素作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)入再平衡。

• 如果沒(méi)有替代元素，則以刪除的位置的元素作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)入再平衡，平衡之后再刪除這個(gè)節(jié)點(diǎn)。

public V remove(Object key) {
    // 獲取節(jié)點(diǎn)
    Entry<K,V> p = getEntry(key);
    if (p == null)
        return null;
    V oldValue = p.value;
    // 刪除節(jié)點(diǎn)
    deleteEntry(p);
    // 返回刪除的value
    return oldValue;
}
private void deleteEntry(Entry<K,V> p) {
    // 修改次數(shù)加1
    modCount++;
    // 元素個(gè)數(shù)減1
    size--;
    if (p.left != null && p.right != null) {
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)既有左子節(jié)點(diǎn)，又有右子節(jié)點(diǎn)
        // 取其右子樹(shù)中最小的節(jié)點(diǎn)
        Entry<K,V> s = successor(p);
        // 用右子樹(shù)中最小節(jié)點(diǎn)的值替換當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值
        p.key = s.key;
        p.value = s.value;
        // 把右子樹(shù)中最小節(jié)點(diǎn)設(shè)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
        p = s;
        // 這種情況實(shí)際上并沒(méi)有刪除p節(jié)點(diǎn)，而是把p節(jié)點(diǎn)的值改了，實(shí)際刪除的是p的后繼節(jié)點(diǎn)
    }
    // 如果原來(lái)的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)（p）有2個(gè)子節(jié)點(diǎn)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)已經(jīng)變成原來(lái)p的右子樹(shù)中的最小節(jié)點(diǎn)了，也就是說(shuō)其沒(méi)有左子節(jié)點(diǎn)了
    // 到這一步，p肯定只有一個(gè)子節(jié)點(diǎn)了
    // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有子節(jié)點(diǎn)，則用子節(jié)點(diǎn)替換當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
    Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right);
    if (replacement != null) {
        // 把替換節(jié)點(diǎn)直接放到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的位置上（相當(dāng)于刪除了p，并把替換節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過(guò)來(lái)了）
        replacement.parent = p.parent;
        if (p.parent == null)
            root = replacement;
        else if (p == p.parent.left)
            p.parent.left  = replacement;
        else
            p.parent.right = replacement;
        // 將p的各項(xiàng)屬性都設(shè)為空
        p.left = p.right = p.parent = null;
        // 如果p是黑節(jié)點(diǎn)，則需要再平衡
        if (p.color == BLACK)
            fixAfterDeletion(replacement);
    } else if (p.parent == null) {
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)就是根節(jié)點(diǎn)，則直接將根節(jié)點(diǎn)設(shè)為空即可
        root = null;
    } else {
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)且其為黑節(jié)點(diǎn)，則把自己當(dāng)作虛擬的替換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再平衡
        if (p.color == BLACK)
            fixAfterDeletion(p);
        // 平衡完成后刪除當(dāng)前節(jié)點(diǎn)（與父節(jié)點(diǎn)斷絕關(guān)系）
        if (p.parent != null) {
            if (p == p.parent.left)
                p.parent.left = null;
            else if (p == p.parent.right)
                p.parent.right = null;
            p.parent = null;
        }
    }
}

刪除再平衡

經(jīng)過(guò)上面的處理，真正刪除的肯定是黑色節(jié)點(diǎn)才會(huì)進(jìn)入到再平衡階段。

因?yàn)閯h除的是黑色節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致整顆樹(shù)不平衡了，所以這里我們假設(shè)把刪除的黑色賦予當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，這樣當(dāng)前節(jié)點(diǎn)除了它自已的顏色還多了一個(gè)黑色，那么：

（1）如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)，則直接涂黑即可，不需要再平衡；

（2）如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是紅+黑節(jié)點(diǎn)，則直接涂黑即可，不需要平衡；

（3）如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是黑+黑節(jié)點(diǎn)，則我們只要通過(guò)旋轉(zhuǎn)把這個(gè)多出來(lái)的黑色不斷的向上傳遞到一個(gè)紅色節(jié)點(diǎn)即可，這又可能會(huì)出現(xiàn)以下四種情況：

（假設(shè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)）

（假設(shè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為父節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)，正好反過(guò)來(lái)）

讓我們來(lái)看看TreeMap中的實(shí)現(xiàn)：

/**
 * 刪除再平衡
 *（1）每個(gè)節(jié)點(diǎn)或者是黑色，或者是紅色。
 *（2）根節(jié)點(diǎn)是黑色。
 *（3）每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)（NIL）是黑色。（注意：這里葉子節(jié)點(diǎn)，是指為空(NIL或NULL)的葉子節(jié)點(diǎn)?。?
 *（4）如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)是紅色的，則它的子節(jié)點(diǎn)必須是黑色的。
 *（5）從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到該節(jié)點(diǎn)的子孫節(jié)點(diǎn)的所有路徑上包含相同數(shù)目的黑節(jié)點(diǎn)。
 */
private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) {
    // 只有當(dāng)前節(jié)點(diǎn)不是根節(jié)點(diǎn)且當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是黑色時(shí)才進(jìn)入循環(huán)
    while (x != root && colorOf(x) == BLACK) {
        if (x == leftOf(parentOf(x))) {
            // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是其父節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)
            // sib是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兄弟節(jié)點(diǎn)
            Entry<K,V> sib = rightOf(parentOf(x));
            // 情況1）如果兄弟節(jié)點(diǎn)是紅色
            if (colorOf(sib) == RED) {
                // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                setColor(sib, BLACK);
                // （2）將父節(jié)點(diǎn)設(shè)為紅色
                setColor(parentOf(x), RED);
                // （3）以父節(jié)點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行左旋
                rotateLeft(parentOf(x));
                // （4）重新設(shè)置x的兄弟節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入下一步
                sib = rightOf(parentOf(x));
            }
            if (colorOf(leftOf(sib))  == BLACK &&
                    colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) {
                // 情況2）如果兄弟節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)都是黑色
                // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)設(shè)置為紅色
                setColor(sib, RED);
                // （2）將x的父節(jié)點(diǎn)作為新的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入下一次循環(huán)
                x = parentOf(x);
            } else {
                if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) {
                    // 情況3）如果兄弟節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)為黑色
                    // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                    setColor(leftOf(sib), BLACK);
                    // （2）將兄弟節(jié)點(diǎn)設(shè)為紅色
                    setColor(sib, RED);
                    // （3）以兄弟節(jié)點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行右旋
                    rotateRight(sib);
                    // （4）重新設(shè)置x的兄弟節(jié)點(diǎn)
                    sib = rightOf(parentOf(x));
                }
                // 情況4）
                // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)的顏色設(shè)為父節(jié)點(diǎn)的顏色
                setColor(sib, colorOf(parentOf(x)));
                // （2）將父節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                // （3）將兄弟節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                setColor(rightOf(sib), BLACK);
                // （4）以父節(jié)點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行左旋
                rotateLeft(parentOf(x));
                // （5）將root作為新的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)（退出循環(huán)）
                x = root;
            }
        } else { // symmetric
            // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是其父節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)
            // sib是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兄弟節(jié)點(diǎn)
            Entry<K,V> sib = leftOf(parentOf(x));
            // 情況1）如果兄弟節(jié)點(diǎn)是紅色
            if (colorOf(sib) == RED) {
                // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                setColor(sib, BLACK);
                // （2）將父節(jié)點(diǎn)設(shè)為紅色
                setColor(parentOf(x), RED);
                // （3）以父節(jié)點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行右旋
                rotateRight(parentOf(x));
                // （4）重新設(shè)置x的兄弟節(jié)點(diǎn)
                sib = leftOf(parentOf(x));
            }
            if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK &&
                    colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) {
                // 情況2）如果兄弟節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)都是黑色
                // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)設(shè)置為紅色
                setColor(sib, RED);
                // （2）將x的父節(jié)點(diǎn)作為新的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入下一次循環(huán)
                x = parentOf(x);
            } else {
                if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) {
                    // 情況3）如果兄弟節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)為黑色
                    // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                    setColor(rightOf(sib), BLACK);
                    // （2）將兄弟節(jié)點(diǎn)設(shè)為紅色
                    setColor(sib, RED);
                    // （3）以兄弟節(jié)點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行左旋
                    rotateLeft(sib);
                    // （4）重新設(shè)置x的兄弟節(jié)點(diǎn)
                    sib = leftOf(parentOf(x));
                }
                // 情況4）
                // （1）將兄弟節(jié)點(diǎn)的顏色設(shè)為父節(jié)點(diǎn)的顏色
                setColor(sib, colorOf(parentOf(x)));
                // （2）將父節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                // （3）將兄弟節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)設(shè)為黑色
                setColor(leftOf(sib), BLACK);
                // （4）以父節(jié)點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行右旋
                rotateRight(parentOf(x));
                // （5）將root作為新的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)（退出循環(huán)）
                x = root;
            }
        }
    }
    // 退出條件為多出來(lái)的黑色向上傳遞到了根節(jié)點(diǎn)或者紅節(jié)點(diǎn)
    // 則將x設(shè)為黑色即可滿足紅黑樹(shù)規(guī)則
    setColor(x, BLACK);
}

刪除元素舉例

假設(shè)我們有下面這樣一顆紅黑樹(shù)。

我們刪除6號(hào)元素，則從右子樹(shù)中找到了最小元素7，7又沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)了，所以把7作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再平衡。

我們看到7是黑節(jié)點(diǎn)，且其兄弟為黑節(jié)點(diǎn)，且其兄弟的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)都是紅色，滿足情況4），平衡之后如下圖所示。

我們?cè)賱h除7號(hào)元素，則從右子樹(shù)中找到了最小元素8，8有子節(jié)點(diǎn)且為黑色，所以8的子節(jié)點(diǎn)9是替代節(jié)點(diǎn)，以9為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再平衡。

我們發(fā)現(xiàn)9是紅節(jié)點(diǎn)，則直接把它涂成黑色即滿足了紅黑樹(shù)的特性，不需要再過(guò)多的平衡了。

這次我們來(lái)個(gè)狠的，把根節(jié)點(diǎn)刪除，從右子樹(shù)中找到了最小的元素5，5沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)，所以把5作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再平衡。

我們看到5是黑節(jié)點(diǎn)，且其兄弟為紅色，符合情況1），平衡之后如下圖所示，然后進(jìn)入情況2）。

對(duì)情況2）進(jìn)行再平衡后如下圖所示。

然后進(jìn)入下一次循環(huán)，發(fā)現(xiàn)不符合循環(huán)條件了，直接把x涂為黑色即可，退出這個(gè)方法之后會(huì)把舊x刪除掉（見(jiàn)deleteEntry()方法），最后的結(jié)果就是下面這樣。

二叉樹(shù)的遍歷

我們知道二叉查找樹(shù)的遍歷有前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷。

（1）前序遍歷，先遍歷我，再遍歷我的左子節(jié)點(diǎn)，最后遍歷我的右子節(jié)點(diǎn)；

（2）中序遍歷，先遍歷我的左子節(jié)點(diǎn)，再遍歷我，最后遍歷我的右子節(jié)點(diǎn)；

（3）后序遍歷，先遍歷我的左子節(jié)點(diǎn)，再遍歷我的右子節(jié)點(diǎn)，最后遍歷我；

這里的前中后都是以“我”的順序?yàn)闇?zhǔn)的，我在前就是前序遍歷，我在中就是中序遍歷，我在后就是后序遍歷。

下面讓我們看看經(jīng)典的中序遍歷是怎么實(shí)現(xiàn)的：

public class TreeMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 構(gòu)建一顆10個(gè)元素的樹(shù)
        TreeNode<Integer> node = new TreeNode<>(1, null).insert(2)
                .insert(6).insert(3).insert(5).insert(9)
                .insert(7).insert(8).insert(4).insert(10);
        // 中序遍歷，打印結(jié)果為1到10的順序
        node.root().inOrderTraverse();
    }
}
/**
 * 樹(shù)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)不存在重復(fù)元素
 * @param <T>
 */
class TreeNode<T extends Comparable<T>> {
    T value;
    TreeNode<T> parent;
    TreeNode<T> left, right;
    public TreeNode(T value, TreeNode<T> parent) {
        this.value = value;
        this.parent = parent;
    }
    /**
     * 獲取根節(jié)點(diǎn)
     */
    TreeNode<T> root() {
        TreeNode<T> cur = this;
        while (cur.parent != null) {
            cur = cur.parent;
        }
        return cur;
    }
    /**
     * 中序遍歷
     */
    void inOrderTraverse() {
        if(this.left != null) this.left.inOrderTraverse();
        System.out.println(this.value);
        if(this.right != null) this.right.inOrderTraverse();
    }
    /**
     * 經(jīng)典的二叉樹(shù)插入元素的方法
     */
    TreeNode<T> insert(T value) {
        // 先找根元素
        TreeNode<T> cur = root();
        TreeNode<T> p;
        int dir;
        // 尋找元素應(yīng)該插入的位置
        do {
            p = cur;
            if ((dir=value.compareTo(p.value)) < 0) {
                cur = cur.left;
            } else {
                cur = cur.right;
            }
        } while (cur != null);
        // 把元素放到找到的位置
        if (dir < 0) {
            p.left = new TreeNode<>(value, p);
            return p.left;
        } else {
            p.right = new TreeNode<>(value, p);
            return p.right;
        }
    }
}

TreeMap的遍歷

從上面二叉樹(shù)的遍歷我們很明顯地看到，它是通過(guò)遞歸的方式實(shí)現(xiàn)的，但是遞歸會(huì)占用額外的空間，直接到線程棧整個(gè)釋放掉才會(huì)把方法中申請(qǐng)的變量銷毀掉，所以當(dāng)元素特別多的時(shí)候是一件很危險(xiǎn)的事。

（上面的例子中，沒(méi)有申請(qǐng)額外的空間，如果有聲明變量，則可以理解為直到方法完成才會(huì)銷毀變量）

那么，有沒(méi)有什么方法不用遞歸呢？

讓我們來(lái)看看java中的實(shí)現(xiàn)：

@Override
public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    // 遍歷前的修改次數(shù)
    int expectedModCount = modCount;
    // 執(zhí)行遍歷，先獲取第一個(gè)元素的位置，再循環(huán)遍歷后繼節(jié)點(diǎn)
    for (Entry<K, V> e = getFirstEntry(); e != null; e = successor(e)) {
        // 執(zhí)行動(dòng)作
        action.accept(e.key, e.value);
        // 如果發(fā)現(xiàn)修改次數(shù)變了，則拋出異常
        if (expectedModCount != modCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}

是不是很簡(jiǎn)單？！

（1）尋找第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始找最左邊的節(jié)點(diǎn)，即最小的元素。

final Entry<K,V> getFirstEntry() {
        Entry<K,V> p = root;
        // 從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始找最左邊的節(jié)點(diǎn)，即最小的元素
        if (p != null)
            while (p.left != null)
                p = p.left;
        return p;
    }

（2）循環(huán)遍歷后繼節(jié)點(diǎn)；

尋找后繼節(jié)點(diǎn)這個(gè)方法我們?cè)趧h除元素的時(shí)候也用到過(guò)，當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景是有右子樹(shù)，則從其右子樹(shù)中尋找最小的節(jié)點(diǎn)。

static <K,V> TreeMap.Entry<K,V> successor(Entry<K,V> t) {
    if (t == null)
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為空，返回空
        return null;
    else if (t.right != null) {
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有右子樹(shù)，取右子樹(shù)中最小的節(jié)點(diǎn)
        Entry<K,V> p = t.right;
        while (p.left != null)
            p = p.left;
        return p;
    } else {
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒(méi)有右子樹(shù)
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是父節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)，直接返回父節(jié)點(diǎn)
        // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是父節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)，一直往上找，直到找到一個(gè)祖先節(jié)點(diǎn)是其父節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)為止，返回這個(gè)祖先節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)
        Entry<K,V> p = t.parent;
        Entry<K,V> ch = t;
        while (p != null && ch == p.right) {
            ch = p;
            p = p.parent;
        }
        return p;
    }
}

讓我們一起來(lái)分析下這種方式的時(shí)間復(fù)雜度吧。

首先，尋找第一個(gè)元素，因?yàn)榧t黑樹(shù)是接近平衡的二叉樹(shù)，所以找最小的節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于是從頂?shù)降琢?，時(shí)間復(fù)雜度為O(log n)；

其次，尋找后繼節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榧t黑樹(shù)插入元素的時(shí)候會(huì)自動(dòng)平衡，最壞的情況就是尋找右子樹(shù)中最小的節(jié)點(diǎn)，時(shí)間復(fù)雜度為O(log k)，k為右子樹(shù)元素個(gè)數(shù)；

最后，需要遍歷所有元素，時(shí)間復(fù)雜度為O(n)；

所以，總的時(shí)間復(fù)雜度為 O(log n) + O(n * log k) ≈ O(n)。

雖然遍歷紅黑樹(shù)的時(shí)間復(fù)雜度是O(n)，但是它實(shí)際是要比跳表要慢一點(diǎn)的。

關(guān)于“JDK中如何刪除元素”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，使各位可以學(xué)到更多知識(shí)，如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，請(qǐng)把它分享出去讓更多的人看到。