Изменения
→Высота красно-черного дерева
Определим ослабленное красно-чёрное дерево как красно-чёрное дерево, корень которого может быть как чёрным, так и красным. Докажем, что при таком условии не будут выполняться и некоторые другие свойства красно-черных деревьев. При добавлении вершины около корня могут возникнуть повороты, и корневая вершина перейдет в какое-то поддерево. Из-за этого может возникнуть ситуация, в которой подряд будут идти две красные вершины. То же самое может произойти из-за перекрашиваний возле корня. Если мы продолжим вставлять элементы подобным образом, свойства дерева перестанут выполняться, и оно перестанет быть сбалансированным. Таким образом, время выполнения некоторых операций ухудшится.
Перед тем, как перейдем к примеру, договоримся, что мы разрешим в ослабленном красно-чёрном дереве при первом добавлении вершин (обеих, правой и левой) к красному корню делать их черными (немного модифицированный алгоритм вставки). Предыдущее условие можно заменить на другое, позволяющее корю корню иметь красных детей.
Рассмотрим пример справа. Получим такое дерево добавляя ключи в следующем порядке: <tex>10, 6, 45, 4, 8</tex>. На примере можно видеть, что после добавления вершины с ключом <tex>0</tex> и соответствующих перекрашиваний вершина с ключом <tex>6</tex> становится красной с красным родителем. Дальше добавим <tex>5</tex>. Так как мы добавляем к черной вершине, все свойства дерева сохраняются без перекрашиваний. Но добавим после этого <tex>-3</tex>. Тогда вершина с ключом <tex>4</tex> станет красной (<tex>0</tex> и <tex>5</tex> {{---}} черными) и у нас образуются три красные вершины подряд. Продолжая добавлять вершины таким образом, мы можем сделать сильно разбалансированное дерево.
{{Лемма
|statement= В красно-черном дереве с черной высотой <tex>hb</tex> количество внутренних вершин не менее <tex>2^{hb+1}-1</tex>.
|proof=
По индукции докажем, что поддерево любого узла <tex>x</tex> с черной высотой <tex>hb(x)</tex> содержит не менее <tex>2^{hb(x)} - 1</tex> внутренних узлов.
'''Индукционный переход:'''
Пусть наше предположение верно для высот до <tex>h'.</tex> Теперь рассмотрим внутреннюю вершину <tex>x</tex> с двумя потомками, для которой <tex>hb(x)=h'</tex>. Тогда если ее потомок <tex>p</tex> {{---}} черный, то его высота <tex>hb(p)=h'- 1</tex>, а если красный, то <tex>hb(p) = h'</tex>. Но поскольку высота потомка меньше, чем высота узла <tex>x</tex>, для него выполняется индукционное предположение. В таком случае в поддереве узла <tex>x</tex> содержится не менее чем <tex>2^{h'-1} - 1 + 2^{h'-1} - 1 + 1 = 2^{h'+1} - 1</tex>.
Следовательно, утверждение верно и для всего дерева.
