PHP实现绘制二叉树图形显示功能详解【包括二叉搜索树、平衡树及红黑树】

2025-05-29 0 38

本文实例讲述了PHP实现绘制二叉树图形显示功能。分享给大家供大家参考,具体如下:

前言:

最近老师布置了一个作业:理解并实现平衡二叉树和红黑树,本来老师是说用C#写的,但是我学的C#基本都还给老师了,怎么办?那就用现在最熟悉的语言PHP来写吧!

有一个问题来了,书上在讲解树的时候基本上会给出形象的树形图。但是当我们自己试着实现某种树,在调试、输出的时候确只能以字符的形式顺序地输出。这给调试等方面带来了很大的不便。然后在各种百度之后,我发现利用PHP实现二叉树的图形显示的资源几乎是零!好吧,那我就自己个儿实现一个!

效果显示:

如果我是直接在这一步摆代码的话,估计大家会比较烦闷,那我就直接上结果吧,后面在补代码,先激发激发大家的阅读兴趣:

1、搜索二叉树

PHP实现绘制二叉树图形显示功能详解【包括二叉搜索树、平衡树及红黑树】

2、平衡二叉树

PHP实现绘制二叉树图形显示功能详解【包括二叉搜索树、平衡树及红黑树】

3、红黑树:

PHP实现绘制二叉树图形显示功能详解【包括二叉搜索树、平衡树及红黑树】

上代码:

我们给图片创建一个类吧,显得稍微的小高级:

image.php 文件:

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<?php

/**

* author:LSGOZJ

* description: 绘制二叉树图像

*/

class image

{

//树相关设置

//每层之间的间隔高度

private $level_high = 100;

//最底层叶子结点之间的宽度

private $leaf_width = 50;

//结点圆的半径

private $rad = 20;

//根节点离边框顶端距离

private $leave = 20;

//树(保存树对象的引用)

private $tree;

//树的层数

private $level;

//完全二叉树中最底层叶子结点数量(计算图像宽度时用到,论如何实现图片大小自适应)

private $maxCount;

//图像相关设置

//画布宽度

private $width;

//画布高度

private $height;

//画布背景颜色(RGB)

private $bg = array(

220, 220, 220

);

//节点颜色(搜索二叉树和平衡二叉树时用)

private $nodeColor = array(

255, 192, 203

);

//图像句柄

private $image;

/**

* 构造函数,类属性初始化

* @param $tree 传递一个树的对象

* @return null

*/

public function __construct($tree)

{

$this->tree = $tree;

$this->level = $this->getLevel();

$this->maxCount = $this->GetMaxCount($this->level);

$this->width = ($this->rad * 2 * $this->maxCount) + $this->maxCount * $this->leaf_width;

$this->height = $this->level * ($this->rad * 2) + $this->level_high * ($this->level - 1) + $this->leave;

//1.创建画布

$this->image = imagecreatetruecolor($this->width, $this->height); //新建一个真彩色图像,默认背景是黑色

//填充背景色

$bgcolor = imagecolorallocate($this->image, $this->bg[0], $this->bg[1], $this->bg[2]);

imagefill($this->image, 0, 0, $bgcolor);

}

/**

* 返回传进来的树对象对应的完全二叉树中最底层叶子结点数量

* @param $level 树的层数

* @return 结点数量

*/

function GetMaxCount($level)

{

return pow(2, $level - 1);

}

/**

* 获取树对象的层数

* @param null

* @return 树的层数

*/

function getLevel()

{

return $this->tree->Depth();

}

/**

* 显示二叉树图像

* @param null

* @return null

*/

public function show()

{

$this->draw($this->tree->root, 1, 0, 0);

header("Content-type:image/png");

imagepng($this->image);

imagedestroy($this->image);

}

/**

* (递归)画出二叉树的树状结构

* @param $root,根节点(树或子树) $i,该根节点所处的层 $p_x,父节点的x坐标 $p_y,父节点的y坐标

* @return null

*/

private function draw($root, $i, $p_x, $p_y)

{

if ($i <= $this->level) {

//当前节点的y坐标

$root_y = $i * $this->rad + ($i - 1) * $this->level_high;

//当前节点的x坐标

if (!is_null($parent = $root->parent)) {

if ($root == $parent->left) {

$root_x = $p_x - $this->width / (pow(2, $i));

} else {

$root_x = $p_x + $this->width / (pow(2, $i));

}

} else {

//根节点

$root_x = (1 / 2) * $this->width;

$root_y += $this->leave;

}

//画结点(确定所画节点的类型(平衡、红黑、排序)和方法)

$method = 'draw' . get_class($this->tree) . 'Node';

$this->$method($root_x, $root_y, $root);

//将当前节点和父节点连线(黑色线)

$black = imagecolorallocate($this->image, 0, 0, 0);

if (!is_null($parent = $root->parent)) {

imageline($this->image, $p_x, $p_y, $root_x, $root_y, $black);

}

//画左子节点

if (!is_null($root->left)) {

$this->draw($root->left, $i + 1, $root_x, $root_y);

}

//画右子节点

if (!is_null($root->right)) {

$this->draw($root->right, $i + 1, $root_x, $root_y);

}

}

}

/**

* 画搜索二叉树结点

* @param $x,当前节点的x坐标 $y,当前节点的y坐标 $node,当前节点的引用

* @return null

*/

private function drawBstNode($x, $y, $node)

{

//节点圆的线颜色

$black = imagecolorallocate($this->image, 0, 0, 0);

$nodeColor = imagecolorallocate($this->image, $this->nodeColor[0], $this->nodeColor[1], $this->nodeColor[2]);

//画节点圆

imageellipse($this->image, $x, $y, $this->rad * 2, $this->rad * 2, $black);

//节点圆颜色填充

imagefill($this->image, $x, $y, $nodeColor);

//节点对应的数字

imagestring($this->image, 4, $x, $y, $node->key, $black);

}

/**

* 画平衡二叉树结点

* @param $x,当前节点的x坐标 $y,当前节点的y坐标 $node,当前节点的引用

* @return null

*/

private function drawAvlNode($x, $y, $node)

{

$black = imagecolorallocate($this->image, 0, 0, 0);

$nodeColor = imagecolorallocate($this->image, $this->nodeColor[0], $this->nodeColor[1], $this->nodeColor[2]);

imageellipse($this->image, $x, $y, $this->rad * 2, $this->rad * 2, $black);

imagefill($this->image, $x, $y, $nodeColor);

imagestring($this->image, 4, $x, $y, $node->key . '(' . $node->bf . ')', $black);

}

/**

* 画红黑树结点

* @param $x,当前节点的x坐标 $y,当前节点的y坐标 $node,当前节点的引用

* @return null

*/

private function drawRbtNode($x, $y, $node)

{

$black = imagecolorallocate($this->image, 0, 0, 0);

$gray = imagecolorallocate($this->image, 180, 180, 180);

$pink = imagecolorallocate($this->image, 255, 192, 203);

imageellipse($this->image, $x, $y, $this->rad * 2, $this->rad * 2, $black);

if ($node->IsRed == TRUE) {

imagefill($this->image, $x, $y, $pink);

} else {

imagefill($this->image, $x, $y, $gray);

}

imagestring($this->image, 4, $x, $y, $node->key, $black);

}

}

好,现在我们来看看在客户端如何调用:

client.php

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class Client

{

public static function Main()

{

try {

//实现文件的自动加载

function autoload($class)

{

include strtolower($class) . '.php';

}

spl_autoload_register('autoload');

$arr = array(62, 88, 58, 47, 35, 73, 51, 99, 37, 93);

// $tree = new Bst(); //搜索二叉树

$tree = new Avl(); //平衡二叉树

// $tree = new Rbt(); //红黑树

$tree->init($arr); //树的初始化

// $tree->Delete(62);

// $tree->Insert(100);

// $tree->MidOrder(); //树的中序遍历(这也是调试的一个手段,看看数字是否从小到大排序)

$image = new image($tree);

$image->show(); //显示图像

} catch (Exception $e) {

echo $e->getMessage();

}

}

}

Client::Main();

这里用到的那三个树的类如下:

二叉搜索树bst.php

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<?php

/**

* author:zhongjin

* description: 二叉查找树

*/

//结点

class Node

{

public $key;

public $parent;

public $left;

public $right;

public function __construct($key)

{

$this->key = $key;

$this->parent = NULL;

$this->left = NULL;

$this->right = NULL;

}

}

//二叉搜索树

class Bst

{

public $root;

/**

* 初始化树结构

* @param $arr 初始化树结构的数组

* @return null

*/

public function init($arr)

{

$this->root = new Node($arr[0]);

for ($i = 1; $i < count($arr); $i++) {

$this->Insert($arr[$i]);

}

}

/**

* (对内)中序遍历

* @param $root (树或子树的)根节点

* @return null

*/

private function mid_order($root)

{

if ($root != NULL) {

$this->mid_order($root->left);

echo $root->key . " ";

$this->mid_order($root->right);

}

}

/**

* (对外)中序遍历

* @param null

* @return null

*/

public function MidOrder()

{

$this->mid_order($this->root);

}

/**

* 查找树中是否存在$key对应的节点

* @param $key 待搜索数字

* @return $key对应的节点

*/

function search($key)

{

$current = $this->root;

while ($current != NULL) {

if ($current->key == $key) {

return $current;

} elseif ($current->key > $key) {

$current = $current->left;

} else {

$current = $current->right;

}

}

return $current;

}

/**

* 查找树中的最小关键字

* @param $root 根节点

* @return 最小关键字对应的节点

*/

function search_min($root)

{

$current = $root;

while ($current->left != NULL) {

$current = $current->left;

}

return $current;

}

/**

* 查找树中的最大关键字

* @param $root 根节点

* @return 最大关键字对应的节点

*/

function search_max($root)

{

$current = $root;

while ($current->right != NULL) {

$current = $current->right;

}

return $current;

}

/**

* 查找某个$key在中序遍历时的直接前驱节点

* @param $x 待查找前驱节点的节点引用

* @return 前驱节点引用

*/

function predecessor($x)

{

//左子节点存在,直接返回左子节点的最右子节点

if ($x->left != NULL) {

return $this->search_max($x->left);

}

//否则查找其父节点,直到当前结点位于父节点的右边

$p = $x->parent;

//如果x是p的左孩子,说明p是x的后继,我们需要找的是p是x的前驱

while ($p != NULL && $x == $p->left) {

$x = $p;

$p = $p->parent;

}

return $p;

}

/**

* 查找某个$key在中序遍历时的直接后继节点

* @param $x 待查找后继节点的节点引用

* @return 后继节点引用

*/

function successor($x)

{

if ($x->right != NULL) {

return $this->search_min($x->right);

}

$p = $x->parent;

while ($p != NULL && $x == $p->right) {

$x = $p;

$p = $p->parent;

}

return $p;

}

/**

* 将$key插入树中

* @param $key 待插入树的数字

* @return null

*/

function Insert($key)

{

if (!is_null($this->search($key))) {

throw new Exception('结点' . $key . '已存在,不可插入!');

}

$root = $this->root;

$inode = new Node($key);

$current = $root;

$prenode = NULL;

//为$inode找到合适的插入位置

while ($current != NULL) {

$prenode = $current;

if ($current->key > $inode->key) {

$current = $current->left;

} else {

$current = $current->right;

}

}

$inode->parent = $prenode;

//如果$prenode == NULL, 则证明树是空树

if ($prenode == NULL) {

$this->root = $inode;

} else {

if ($inode->key < $prenode->key) {

$prenode->left = $inode;

} else {

$prenode->right = $inode;

}

}

//return $root;

}

/**

* 在树中删除$key对应的节点

* @param $key 待删除节点的数字

* @return null

*/

function Delete($key)

{

if (is_null($this->search($key))) {

throw new Exception('结点' . $key . "不存在,删除失败!");

}

$root = $this->root;

$dnode = $this->search($key);

if ($dnode->left == NULL || $dnode->right == NULL) { #如果待删除结点无子节点或只有一个子节点,则c = dnode

$c = $dnode;

} else { #如果待删除结点有两个子节点,c置为dnode的直接后继,以待最后将待删除结点的值换为其后继的值

$c = $this->successor($dnode);

}

//无论前面情况如何,到最后c只剩下一边子结点

if ($c->left != NULL) {

$s = $c->left;

} else {

$s = $c->right;

}

if ($s != NULL) { #将c的子节点的父母结点置为c的父母结点,此处c只可能有1个子节点,因为如果c有两个子节点,则c不可能是dnode的直接后继

$s->parent = $c->parent;

}

if ($c->parent == NULL) { #如果c的父母为空,说明c=dnode是根节点,删除根节点后直接将根节点置为根节点的子节点,此处dnode是根节点,且拥有两个子节点,则c是dnode的后继结点,c的父母就不会为空,就不会进入这个if

$this->root = $s;

} else if ($c == $c->parent->left) { #如果c是其父节点的左右子节点,则将c父母的左右子节点置为c的左右子节点

$c->parent->left = $s;

} else {

$c->parent->right = $s;

}

#如果c!=dnode,说明c是dnode的后继结点,交换c和dnode的key值

if ($c != $dnode) {

$dnode->key = $c->key;

}

#返回根节点

// return $root;

}

/**

* (对内)获取树的深度

* @param $root 根节点

* @return 树的深度

*/

private function getdepth($root)

{

if ($root == NULL) {

return 0;

}

$dl = $this->getdepth($root->left);

$dr = $this->getdepth($root->right);

return ($dl > $dr ? $dl : $dr) + 1;

}

/**

* (对外)获取树的深度

* @param null

* @return null

*/

public function Depth()

{

return $this->getdepth($this->root);

}

}

?>

平衡二叉树avl.php

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<?php

/**

* author:zhongjin

* description: 平衡二叉树

*/

//结点

class Node

{

public $key;

public $parent;

public $left;

public $right;

public $bf; //平衡因子

public function __construct($key)

{

$this->key = $key;

$this->parent = NULL;

$this->left = NULL;

$this->right = NULL;

$this->bf = 0;

}

}

//平衡二叉树

class Avl

{

public $root;

const LH = +1; //左高

const EH = 0; //等高

const RH = -1; //右高

/**

* 初始化树结构

* @param $arr 初始化树结构的数组

* @return null

*/

public function init($arr)

{

$this->root = new Node($arr[0]);

for ($i = 1; $i < count($arr); $i++) {

$this->Insert($arr[$i]);

}

}

/**

* (对内)中序遍历

* @param $root (树或子树的)根节点

* @return null

*/

private function mid_order($root)

{

if ($root != NULL) {

$this->mid_order($root->left);

echo $root->key . "-" . $root->bf . " ";

$this->mid_order($root->right);

}

}

/**

* (对外)中序遍历

* @param null

* @return null

*/

public function MidOrder()

{

$this->mid_order($this->root);

}

/**

* 将以$root为根节点的最小不平衡二叉树做右旋处理

* @param $root(树或子树)根节点

* @return null

*/

private function R_Rotate($root)

{

$L = $root->left;

if (!is_NULL($root->parent)) {

$P = $root->parent;

if ($root == $P->left) {

$P->left = $L;

} else {

$P->right = $L;

}

$L->parent = $P;

} else {

$L->parent = NULL;

}

$root->parent = $L;

$root->left = $L->right;

$L->right = $root;

//这句必须啊!

if ($L->parent == NULL) {

$this->root = $L;

}

}

/**

* 将以$root为根节点的最小不平衡二叉树做左旋处理

* @param $root(树或子树)根节点

* @return null

*/

private function L_Rotate($root)

{

$R = $root->right;

if (!is_NULL($root->parent)) {

$P = $root->parent;

if ($root == $P->left) {

$P->left = $R;

} else {

$P->right = $R;

}

$R->parent = $P;

} else {

$R->parent = NULL;

}

$root->parent = $R;

$root->right = $R->left;

$R->left = $root;

//这句必须啊!

if ($R->parent == NULL) {

$this->root = $R;

}

}

/**

* 对以$root所指结点为根节点的二叉树作左平衡处理

* @param $root(树或子树)根节点

* @return null

*/

public function LeftBalance($root)

{

$L = $root->left;

$L_bf = $L->bf;

switch ($L_bf) {

//检查root的左子树的平衡度,并作相应的平衡处理

case self::LH: //新结点插入在root的左孩子的左子树上,要做单右旋处理

$root->bf = $L->bf = self::EH;

$this->R_Rotate($root);

break;

case self::RH: //新节点插入在root的左孩子的右子树上,要做双旋处理

$L_r = $L->right; //root左孩子的右子树根

$L_r_bf = $L_r->bf;

//修改root及其左孩子的平衡因子

switch ($L_r_bf) {

case self::LH:

$root->bf = self::RH;

$L->bf = self::EH;

break;

case self::EH:

$root->bf = $L->bf = self::EH;

break;

case self::RH:

$root->bf = self::EH;

$L->bf = self::LH;

break;

}

$L_r->bf = self::EH;

//对root的左子树作左平衡处理

$this->L_Rotate($L);

//对root作右平衡处理

$this->R_Rotate($root);

}

}

/**

* 对以$root所指结点为根节点的二叉树作右平衡处理

* @param $root(树或子树)根节点

* @return null

*/

public function RightBalance($root)

{

$R = $root->right;

$R_bf = $R->bf;

switch ($R_bf) {

//检查root的右子树的平衡度,并作相应的平衡处理

case self::RH: //新结点插入在root的右孩子的右子树上,要做单左旋处理

$root->bf = $R->bf = self::EH;

$this->L_Rotate($root);

break;

case self::LH: //新节点插入在root的右孩子的左子树上,要做双旋处理

$R_l = $R->left; //root右孩子的左子树根

$R_l_bf = $R_l->bf;

//修改root及其右孩子的平衡因子

switch ($R_l_bf) {

case self::RH:

$root->bf = self::LH;

$R->bf = self::EH;

break;

case self::EH:

$root->bf = $R->bf = self::EH;

break;

case self::LH:

$root->bf = self::EH;

$R->bf = self::RH;

break;

}

$R_l->bf = self::EH;

//对root的右子树作右平衡处理

$this->R_Rotate($R);

//对root作左平衡处理

$this->L_Rotate($root);

}

}

/**

* 查找树中是否存在$key对应的节点

* @param $key 待搜索数字

* @return $key对应的节点

*/

public function search($key)

{

$current = $this->root;

while ($current != NULL) {

if ($current->key == $key) {

return $current;

} elseif ($current->key > $key) {

$current = $current->left;

} else {

$current = $current->right;

}

}

return $current;

}

/**

* 查找树中的最小关键字

* @param $root 根节点

* @return 最小关键字对应的节点

*/

function search_min($root)

{

$current = $root;

while ($current->left != NULL) {

$current = $current->left;

}

return $current;

}

/**

* 查找树中的最大关键字

* @param $root 根节点

* @return 最大关键字对应的节点

*/

function search_max($root)

{

$current = $root;

while ($current->right != NULL) {

$current = $current->right;

}

return $current;

}

/**

* 查找某个$key在中序遍历时的直接前驱节点

* @param $x 待查找前驱节点的节点引用

* @return 前驱节点引用

*/

private function predecessor($x)

{

//左子节点存在,直接返回左子节点的最右子节点

if ($x->left != NULL) {

return $this->search_max($x->left);

}

//否则查找其父节点,直到当前结点位于父节点的右边

$p = $x->parent;

//如果x是p的左孩子,说明p是x的后继,我们需要找的是p是x的前驱

while ($p != NULL && $x == $p->left) {

$x = $p;

$p = $p->parent;

}

return $p;

}

/**

* 查找某个$key在中序遍历时的直接后继节点

* @param $x 待查找后继节点的节点引用

* @return 后继节点引用

*/

private function successor($x)

{

if ($x->left != NULL) {

return $this->search_min($x->right);

}

$p = $x->parent;

while ($p != NULL && $x == $p->right) {

$x = $p;

$p = $p->parent;

}

return $p;

}

/**

* (对内)插入结点,如果结点不存在则插入,失去平衡要做平衡处理

* @param $root 根节点 $key 待插入树的数字

* @return null

*/

private function insert_node(&$root, $key)

{

//找到了插入的位置,插入新节点

if (is_null($root)) {

$root = new Node($key);

//插入结点成功

return TRUE;

} else {

//在树中已经存在和$key相等的结点

if ($key == $root->key) {

//插入节点失败

return FALSE;

} //在root的左子树中继续搜索

elseif ($key < $root->key) {

//插入左子树失败

if (!($this->insert_node($root->left, $key))) {

//树未长高

return FALSE;

}

//成功插入,修改平衡因子

if (is_null($root->left->parent)) {

$root->left->parent = $root;

}

switch ($root->bf) {

//原来左右子树等高,现在左子树增高而树增高

case self::EH:

$root->bf = self::LH;

//树长高

return TRUE;

break;

//原来左子树比右子树高,需要做左平衡处理

case self::LH:

$this->LeftBalance($root);

//平衡后,树并未长高

return FALSE;

break;

//原来右子树比左子树高,现在左右子树等高

case self::RH:

$root->bf = self::EH;

//树并未长高

return FALSE;

break;

}

} //在root的右子树中继续搜索

else {

//插入右子树失败

if (!$this->insert_node($root->right, $key)) {

//树未长高

return FALSE;

}

//成功插入,修改平衡因子

if (is_null($root->right->parent)) {

$root->right->parent = $root;

}

switch ($root->bf) {

//原来左右子树等高,现在右子树增高而树增高

case self::EH:

$root->bf = self::RH;

//树长高

return TRUE;

break;

//原来左子树比右子树高,现在左右子树等高

case self::LH:

$root->bf = self::EH;

return FALSE;

break;

//原来右子树比左子树高,要做右平衡处理

case self::RH:

$this->RightBalance($root);

//树并未长高

return FALSE;

break;

}

}

}

}

/**

* (对外)将$key插入树中

* @param $key 待插入树的数字

* @return null

*/

public function Insert($key)

{

$this->insert_node($this->root, $key);

}

/**

* 获取待删除的节点(删除的最终节点)

* @param $key 待删除的数字

* @return 最终被删除的节点

*/

private function get_del_node($key)

{

$dnode = $this->search($key);

if ($dnode == NULL) {

throw new Exception("结点不存在!");

return;

}

if ($dnode->left == NULL || $dnode->right == NULL) { #如果待删除结点无子节点或只有一个子节点,则c = dnode

$c = $dnode;

} else { #如果待删除结点有两个子节点,c置为dnode的直接后继,以待最后将待删除结点的值换为其后继的值

$c = $this->successor($dnode);

}

$dnode->key = $c->key;

return $c;

}

/**

* (对内)删除指定节点,处理该结点往上结点的平衡因子

* @param $node 最终该被删除的节点

* @return null

*/

private function del_node($node)

{

if ($node == $this->root) {

$this->root = NULL;

return;

}

$current = $node;

//现在的node只有两种情况,要么只有一个子节点,要么没有子节点

$P = $current->parent;

//删除一个结点,第一个父节点的平衡都肯定会发生变化

$lower = TRUE;

while ($lower == TRUE && !is_null($P)) {

//待删除结点是左节点

if ($current == $P->left) {

if($current == $node){

if (!is_null($current->left)) {

$P->left = $current->left;

} else {

$P->left = $current->left;

}

}

$P_bf = $P->bf;

switch ($P_bf) {

case self::LH:

$P->bf = self::EH;

$lower = TRUE;

$current = $P;

$P = $current->parent;

break;

case self::EH:

$P->bf = self::RH;

$lower = FALSE;

break;

case self::RH:

$this->RightBalance($P);

$lower = TRUE;

$current = $P->parent;

$P = $current->parent;

break;

}

} //右结点

else {

if($current == $node){

if (!is_null($current->left)) {

$P->right = $current->left;

} else {

$P->right = $current->left;

}

}

$P_bf = $P->bf;

switch ($P_bf) {

case self::LH:

$this->LeftBalance($P);

$lower = TRUE;

$current = $P->parent;

$P = $current->parent;

break;

case self::EH:

$P->bf = self::LH;

$lower = FALSE;

break;

case self::RH:

$P->bf = self::LH;

$lower = TRUE;

$current = $P;

$P = $current->parent;

break;

}

}

}

}

/**

* (对外)删除指定节点

* @param $key 删除节点的key值

* @return null

*/

public function Delete($key)

{

$del_node = $this->get_del_node($key);

$this->del_node($del_node);

}

/**

* (对内)获取树的深度

* @param $root 根节点

* @return 树的深度

*/

private function getdepth($root)

{

if ($root == NULL) {

return 0;

}

$dl = $this->getdepth($root->left);

$dr = $this->getdepth($root->right);

return ($dl > $dr ? $dl : $dr) + 1;

}

/**

* (对外)获取树的深度

* @param null

* @return null

*/

public function Depth()

{

return $this->getdepth($this->root);

}

}

?>

红黑树rbt.php

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<?php

/**

* author:zhongjin

* description: 红黑树

*/

//结点

class Node

{

public $key;

public $parent;

public $left;

public $right;

public $IsRed; //分辨红节点或黑节点

public function __construct($key, $IsRed = TRUE)

{

$this->key = $key;

$this->parent = NULL;

$this->left = NULL;

$this->right = NULL;

//插入结点默认是红色

$this->IsRed = $IsRed;

}

}

//红黑树

class Rbt

{

public $root;

/**

* 初始化树结构

* @param $arr 初始化树结构的数组

* @return null

*/

public function init($arr)

{

//根节点必须是黑色

$this->root = new Node($arr[0], FALSE);

for ($i = 1; $i < count($arr); $i++) {

$this->Insert($arr[$i]);

}

}

/**

* (对内)中序遍历

* @param $root (树或子树的)根节点

* @return null

*/

private function mid_order($root)

{

if ($root != NULL) {

$this->mid_order($root->left);

echo $root->key . "-" . ($root->IsRed ? 'r' : 'b') . ' ';

$this->mid_order($root->right);

}

}

/**

* (对外)中序遍历

* @param null

* @return null

*/

public function MidOrder()

{

$this->mid_order($this->root);

}

/**

* 查找树中是否存在$key对应的节点

* @param $key 待搜索数字

* @return $key对应的节点

*/

function search($key)

{

$current = $this->root;

while ($current != NULL) {

if ($current->key == $key) {

return $current;

} elseif ($current->key > $key) {

$current = $current->left;

} else {

$current = $current->right;

}

}

//结点不存在

return $current;

}

/**

* 将以$root为根节点的最小不平衡二叉树做右旋处理

* @param $root(树或子树)根节点

* @return null

*/

private function R_Rotate($root)

{

$L = $root->left;

if (!is_null($root->parent)) {

$P = $root->parent;

if($root == $P->left){

$P->left = $L;

}else{

$P->right = $L;

}

$L->parent = $P;

} else {

$L->parent = NULL;

}

$root->parent = $L;

$root->left = $L->right;

$L->right = $root;

//这句必须啊!

if ($L->parent == NULL) {

$this->root = $L;

}

}

/**

* 将以$root为根节点的最小不平衡二叉树做左旋处理

* @param $root(树或子树)根节点

* @return null

*/

private function L_Rotate($root)

{

$R = $root->right;

if (!is_null($root->parent)) {

$P = $root->parent;

if($root == $P->right){

$P->right = $R;

}else{

$P->left = $R;

}

$R->parent = $P;

} else {

$R->parent = NULL;

}

$root->parent = $R;

$root->right = $R->left;

$R->left = $root;

//这句必须啊!

if ($R->parent == NULL) {

$this->root = $R;

}

}

/**

* 查找树中的最小关键字

* @param $root 根节点

* @return 最小关键字对应的节点

*/

function search_min($root)

{

$current = $root;

while ($current->left != NULL) {

$current = $current->left;

}

return $current;

}

/**

* 查找树中的最大关键字

* @param $root 根节点

* @return 最大关键字对应的节点

*/

function search_max($root)

{

$current = $root;

while ($current->right != NULL) {

$current = $current->right;

}

return $current;

}

/**

* 查找某个$key在中序遍历时的直接前驱节点

* @param $x 待查找前驱节点的节点引用

* @return 前驱节点引用

*/

function predecessor($x)

{

//左子节点存在,直接返回左子节点的最右子节点

if ($x->left != NULL) {

return $this->search_max($x->left);

}

//否则查找其父节点,直到当前结点位于父节点的右边

$p = $x->parent;

//如果x是p的左孩子,说明p是x的后继,我们需要找的是p是x的前驱

while ($p != NULL && $x == $p->left) {

$x = $p;

$p = $p->parent;

}

return $p;

}

/**

* 查找某个$key在中序遍历时的直接后继节点

* @param $x 待查找后继节点的节点引用

* @return 后继节点引用

*/

function successor($x)

{

if ($x->left != NULL) {

return $this->search_min($x->right);

}

$p = $x->parent;

while ($p != NULL && $x == $p->right) {

$x = $p;

$p = $p->parent;

}

return $p;

}

/**

* 将$key插入树中

* @param $key 待插入树的数字

* @return null

*/

public function Insert($key)

{

if (!is_null($this->search($key))) {

throw new Exception('结点' . $key . '已存在,不可插入!');

}

$root = $this->root;

$inode = new Node($key);

$current = $root;

$prenode = NULL;

//为$inode找到合适的插入位置

while ($current != NULL) {

$prenode = $current;

if ($current->key > $inode->key) {

$current = $current->left;

} else {

$current = $current->right;

}

}

$inode->parent = $prenode;

//如果$prenode == NULL, 则证明树是空树

if ($prenode == NULL) {

$this->root = $inode;

} else {

if ($inode->key < $prenode->key) {

$prenode->left = $inode;

} else {

$prenode->right = $inode;

}

}

//将它重新修正为一颗红黑树

$this->InsertFixUp($inode);

}

/**

* 对插入节点的位置及往上的位置进行颜色调整

* @param $inode 插入的节点

* @return null

*/

private function InsertFixUp($inode)

{

//情况一:需要调整条件,父节点存在且父节点的颜色是红色

while (($parent = $inode->parent) != NULL && $parent->IsRed == TRUE) {

//祖父结点:

$gparent = $parent->parent;

//如果父节点是祖父结点的左子结点,下面的else与此相反

if ($parent == $gparent->left) {

//叔叔结点

$uncle = $gparent->right;

//case1:叔叔结点也是红色

if ($uncle != NULL && $uncle->IsRed == TRUE) {

//将父节点和叔叔结点都涂黑,将祖父结点涂红

$parent->IsRed = FALSE;

$uncle->IsRed = FALSE;

$gparent->IsRed = TRUE;

//将新节点指向祖父节点(现在祖父结点变红,可以看作新节点存在)

$inode = $gparent;

//继续while循环,重新判断

continue; //经过这一步之后,组父节点作为新节点存在(跳到case2)

}

//case2:叔叔结点是黑色,且当前结点是右子节点

if ($inode == $parent->right) {

//以父节点作为旋转结点做左旋转处理

$this->L_Rotate($parent);

//在树中实际上已经转换,但是这里的变量的指向还没交换,

//将父节点和字节调换一下,为下面右旋做准备

$temp = $parent;

$parent = $inode;

$inode = $temp;

}

//case3:叔叔结点是黑色,而且当前结点是父节点的左子节点

$parent->IsRed = FALSE;

$gparent->IsRed = TRUE;

$this->R_Rotate($gparent);

} //如果父节点是祖父结点的右子结点,与上面完全相反

else {

//叔叔结点

$uncle = $gparent->left;

//case1:叔叔结点也是红色

if ($uncle != NULL && $uncle->IsRed == TRUE) {

//将父节点和叔叔结点都涂黑,将祖父结点涂红

$parent->IsRed = FALSE;

$uncle->IsRed = FALSE;

$gparent->IsRed = TRUE;

//将新节点指向祖父节点(现在祖父结点变红,可以看作新节点存在)

$inode = $gparent;

//继续while循环,重新判断

continue; //经过这一步之后,组父节点作为新节点存在(跳到case2)

}

//case2:叔叔结点是黑色,且当前结点是左子节点

if ($inode == $parent->left) {

//以父节点作为旋转结点做右旋转处理

$this->R_Rotate($parent);

//在树中实际上已经转换,但是这里的变量的指向还没交换,

//将父节点和字节调换一下,为下面右旋做准备

$temp = $parent;

$parent = $inode;

$inode = $temp;

}

//case3:叔叔结点是黑色,而且当前结点是父节点的右子节点

$parent->IsRed = FALSE;

$gparent->IsRed = TRUE;

$this->L_Rotate($gparent);

}

}

//情况二:原树是根节点(父节点为空),则只需将根节点涂黑

if ($inode == $this->root) {

$this->root->IsRed = FALSE;

return;

}

//情况三:插入节点的父节点是黑色,则什么也不用做

if ($inode->parent != NULL && $inode->parent->IsRed == FALSE) {

return;

}

}

/**

* (对外)删除指定节点

* @param $key 删除节点的key值

* @return null

*/

function Delete($key)

{

if (is_null($this->search($key))) {

throw new Exception('结点' . $key . "不存在,删除失败!");

}

$dnode = $this->search($key);

if ($dnode->left == NULL || $dnode->right == NULL) { #如果待删除结点无子节点或只有一个子节点,则c = dnode

$c = $dnode;

} else { #如果待删除结点有两个子节点,c置为dnode的直接后继,以待最后将待删除结点的值换为其后继的值

$c = $this->successor($dnode);

}

//为了后面颜色处理做准备

$parent = $c->parent;

//无论前面情况如何,到最后c只剩下一边子结点

if ($c->left != NULL) { //这里不会出现,除非选择的是删除结点的前驱

$s = $c->left;

} else {

$s = $c->right;

}

if ($s != NULL) { #将c的子节点的父母结点置为c的父母结点,此处c只可能有1个子节点,因为如果c有两个子节点,则c不可能是dnode的直接后继

$s->parent = $c->parent;

}

if ($c->parent == NULL) { #如果c的父母为空,说明c=dnode是根节点,删除根节点后直接将根节点置为根节点的子节点,此处dnode是根节点,且拥有两个子节点,则c是dnode的后继结点,c的父母就不会为空,就不会进入这个if

$this->root = $s;

} else if ($c == $c->parent->left) { #如果c是其父节点的左右子节点,则将c父母的左右子节点置为c的左右子节点

$c->parent->left = $s;

} else {

$c->parent->right = $s;

}

$dnode->key = $c->key;

$node = $s;

//c的结点颜色是黑色,那么会影响路径上的黑色结点的数量,必须进行调整

if ($c->IsRed == FALSE) {

$this->DeleteFixUp($node,$parent);

}

}

/**

* 删除节点后对接点周围的其他节点进行调整

* @param $key 删除节点的子节点和父节点

* @return null

*/

private function DeleteFixUp($node,$parent)

{

//如果待删结点的子节点为红色,直接将子节点涂黑

if ($node != NULL && $node->IsRed == TRUE) {

$node->IsRed = FALSE;

return;

}

//如果是根节点,那就直接将根节点置为黑色即可

while (($node == NULL || $node->IsRed == FALSE) && ($node != $this->root)) {

//node是父节点的左子节点,下面else与这里相反

if ($node == $parent->left) {

$brother = $parent->right;

//case1:兄弟结点颜色是红色(父节点和兄弟孩子结点都是黑色)

//将父节点涂红,将兄弟结点涂黑,然后对父节点进行左旋处理(经过这一步,情况转换为兄弟结点颜色为黑色的情况)

if ($brother->IsRed == TRUE) {

$brother->IsRed = FALSE;

$parent->IsRed = TRUE;

$this->L_Rotate($parent);

//将情况转化为其他的情况

$brother = $parent->right; //在左旋处理后,$parent->right指向的是原来兄弟结点的左子节点

}

//以下是兄弟结点为黑色的情况

//case2:兄弟结点是黑色,且兄弟结点的两个子节点都是黑色

//将兄弟结点涂红,将当前结点指向其父节点,将其父节点指向当前结点的祖父结点。

if (($brother->left == NULL || $brother->left->IsRed == FALSE) && ($brother->right == NULL || $brother->right->IsRed == FALSE)) {

$brother->IsRed = TRUE;

$node = $parent;

$parent = $node->parent;

} else {

//case3:兄弟结点是黑色,兄弟结点的左子节点是红色,右子节点为黑色

//将兄弟结点涂红,将兄弟节点的左子节点涂黑,然后对兄弟结点做右旋处理(经过这一步,情况转换为兄弟结点颜色为黑色,右子节点为红色的情况)

if ($brother->right == NULL || $brother->right->IsRed == FALSE) {

$brother->IsRed = TRUE;

$brother->left->IsRed = FALSE;

$this->R_Rotate($brother);

//将情况转换为其他情况

$brother = $parent->right;

}

//case4:兄弟结点是黑色,且兄弟结点的右子节点为红色,左子节点为任意颜色

//将兄弟节点涂成父节点的颜色,再把父节点涂黑,将兄弟结点的右子节点涂黑,然后对父节点做左旋处理

$brother->IsRed = $parent->IsRed;

$parent->IsRed = FALSE;

$brother->right->IsRed = FALSE;

$this->L_Rotate($parent);

//到了第四种情况,已经是最基本的情况了,可以直接退出了

$node = $this->root;

break;

}

} //node是父节点的右子节点

else {

$brother = $parent->left;

//case1:兄弟结点颜色是红色(父节点和兄弟孩子结点都是黑色)

//将父节点涂红,将兄弟结点涂黑,然后对父节点进行右旋处理(经过这一步,情况转换为兄弟结点颜色为黑色的情况)

if ($brother->IsRed == TRUE) {

$brother->IsRed = FALSE;

$parent->IsRed = TRUE;

$this->R_Rotate($parent);

//将情况转化为其他的情况

$brother = $parent->left; //在右旋处理后,$parent->left指向的是原来兄弟结点的右子节点

}

//以下是兄弟结点为黑色的情况

//case2:兄弟结点是黑色,且兄弟结点的两个子节点都是黑色

//将兄弟结点涂红,将当前结点指向其父节点,将其父节点指向当前结点的祖父结点。

if (($brother->left == NULL || $brother->left->IsRed == FALSE) && ($brother->right == NULL || $brother->right->IsRed == FALSE)) {

$brother->IsRed = TRUE;

$node = $parent;

$parent = $node->parent;

} else {

//case3:兄弟结点是黑色,兄弟结点的右子节点是红色,左子节点为黑色

//将兄弟结点涂红,将兄弟节点的左子节点涂黑,然后对兄弟结点做左旋处理(经过这一步,情况转换为兄弟结点颜色为黑色,右子节点为红色的情况)

if ($brother->left == NULL || $brother->left->IsRed == FALSE) {

$brother->IsRed = TRUE;

$brother->right = FALSE;

$this->L_Rotate($brother);

//将情况转换为其他情况

$brother = $parent->left;

}

//case4:兄弟结点是黑色,且兄弟结点的左子节点为红色,右子节点为任意颜色

//将兄弟节点涂成父节点的颜色,再把父节点涂黑,将兄弟结点的右子节点涂黑,然后对父节点左左旋处理

$brother->IsRed = $parent->IsRed;

$parent->IsRed = FALSE;

$brother->left->IsRed = FALSE;

$this->R_Rotate($parent);

$node = $this->root;

break;

}

}

}

if ($node != NULL) {

$this->root->IsRed = FALSE;

}

}

/**

* (对内)获取树的深度

* @param $root 根节点

* @return 树的深度

*/

private function getdepth($root)

{

if ($root == NULL) {

return 0;

}

$dl = $this->getdepth($root->left);

$dr = $this->getdepth($root->right);

return ($dl > $dr ? $dl : $dr) + 1;

}

/**

* (对外)获取树的深度

* @param null

* @return null

*/

public function Depth()

{

return $this->getdepth($this->root);

}

}

?>

希望本文所述对大家PHP程序设计有所帮助。

原文链接:http://blog.csdn.net/baidu_30000217/article/details/52880578

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