Красно-чёрные деревья на javascript

Привет! Изучал недавно красно-черные деревья. Попробовал визуализировать детали работы алгоритмов вставки и удаления на d3.js. Надеюсь, полученный результат поможет сэкономить немного времени тем, кто изучает алгоритмы на javascript. Посмотреть можно тут ^[1]. Исходник реализации, от которой отталкивался тут ^[2]. Под катом краткие подробности.

Поиск существующих решений

Главной целью задумки было разобраться в реализации алгоритма и визуализировать ее. Первым делом стал искать реализацию с полными и понятными пояснениями и кодом на js. В процессе поиска опечалило, что авторы временами недоделывают исходник, например, тут ^[3] есть алгоритм вставки, но нету удаления. Или делают визуализацию как тут ^[4], но не дают ссылки на исходник. Потом нашел вот эту ^[5] отличную статью. Но хоть убейте, до сих пор не могу понять почему автор вставил код картинками и не дал по запросу в коментах ссылку на исходник. Есть еще npm пакет red-black-tree ^[6], весь исходный код которого: 'in progress...' в readme. Также нашлась популярная реализация ^[7] красно-черных деревьев на js, от которой зависит куча пакетов и миллионы закачек в неделю, но код там устарел лет на пять.

Расстановка приоритетов и конкретизация задачи

Пораскинув мозгами, решил, что читаемость и понятность кода для учебных целей приоритетнее, поэтому взял за основу статью, которую упоминал вначале, а не npm пакет. Реализация оказалась более удобной и наглядной в плане чтения кода. В статье автор начинает с двоичного дерева, потом расширяет его до красно-черного. Для визуализации выглядит вполне логичным наследовать от красно-черного дерева и сделать анимированное дерево. Поэтому, перенабрав код и убедившись, что он работает, приступил к рисованию анимированного дерева. Дальше на помощь приходит d3.js. Там есть замечательные transitions, которые позволяют двигать элементы в нужные позиции и плавно трансформировать в подходящие состояния, по ходу работы алгоритма.

Смысл красно-черных деревьев

Долго думал, как бы по простому, объяснить что к чему. Наверное, все таки надо почитать теорию из разных источников. Как говорится: «Из песни слов не выкинешь». Но простые итоговые выводы в двух словах сформулировать можно. Суть сводится к тому, что есть несколько кейсов при вставке и удалении элемента, в зависимости от которых «дедушки», «папы», «дяди», «дети», «братья» перекрашиваются и сдвигаются (поворачиваются) в сторону, где элементов меньше. В результате никогда не бывает, чтобы путь от самого дальнего узла к корневому был слишком длинным, поэтому поиск нужного элемента в такой структуре происходит очень быстро. Ну а компенсируется это сложностью вставки и удаления.

Автор: Иван

Источник ^[8]