游戏排行榜系统与红黑树实现

项目介绍
这是一个基于Flask框架的游戏网站项目，包含多个小游戏（如猜数字、井字棋、记忆配对、贪吃蛇等），并使用红黑树(RBTree)数据结构实现了高效的排行榜系统。
项目特点：
使用Python Flask作为后端框架

每个游戏独立维护一个排行榜

使用红黑树数据结构存储和排序分数

支持分数提交和排行榜查询

排行榜限制最大容量(1000条记录)，自动淘汰最低分

红黑树作为排行榜数据结构的优势：

高效的插入和查询操作(O(log n)时间复杂度)

自动维护数据有序性

平衡性好，避免极端情况下的性能退化

可以高效获取前N名高分玩家

手写红黑树实现游戏排行榜指南
红黑树基础概念
红黑树是一种自平衡的二叉查找树，具有以下性质：

每个节点是红色或黑色

根节点是黑色

每个叶子节点(NIL)是黑色

红色节点的子节点必须是黑色

从任一节点到其每个叶子的所有路径包含相同数目的黑色节点

实现步骤

1. 定义节点类
   class RBNode:
   def init(self, key, value, color=RED):
   self.key = key # 排序键(分数)
   self.value = value # 存储的值(玩家名)
   self.color = color # 节点颜色
   self.left = None # 左子节点
   self.right = None # 右子节点
   self.parent = None # 父节点

2. 实现红黑树基本结构
   class RBTree:
   def init(self):
   self.nil = RBNode(None, None, BLACK) # 哨兵节点
   self.root = self.nil # 初始时根节点指向哨兵

3. 实现插入操作
   插入分为两步：
   普通二叉查找树插入
   修复红黑树性质
   def insert(self, key, value):

   创建新节点(默认为红色)

   new_node = RBNode(key, value)
   new_node.left = self.nil
   new_node.right = self.nil

   普通BST插入

   parent = None
   current = self.root
   while current != self.nil:
   parent = current
   if key < current.key:
   current = current.left
   else:
   current = current.right

   设置新节点的父节点

   new_node.parent = parent

   更新父节点的子节点引用

   if parent is None:
   self.root = new_node
   elif key < parent.key:
   parent.left = new_node
   else:
   parent.right = new_node

   修复红黑树性质

   self._fix_insert(new_node)

4. 实现插入修复
   插入后可能违反红黑树性质，需要通过旋转和重新着色修复：
   def _fix_insert(self, node):
   while node.parent.color == RED:
   # 父节点是祖父的右子节点
   if node.parent == node.parent.parent.right:
   uncle = node.parent.parent.left
   if uncle.color == RED:
   # 情况1: 叔叔节点是红色
   uncle.color = BLACK
   node.parent.color = BLACK
   node.parent.parent.color = RED
   node = node.parent.parent
   else:
   if node == node.parent.left:
   # 情况2: 叔叔节点是黑色且当前节点是左子节点
   node = node.parent
   self._right_rotate(node)
   # 情况3: 叔叔节点是黑色且当前节点是右子节点
   node.parent.color = BLACK
   node.parent.parent.color = RED
   self._left_rotate(node.parent.parent)
   else:
   # 对称情况
   uncle = node.parent.parent.right
   if uncle.color == RED:
   uncle.color = BLACK
   node.parent.color = BLACK
   node.parent.parent.color = RED
   node = node.parent.parent
   else:
   if node == node.parent.right:
   node = node.parent
   self._left_rotate(node)
   node.parent.color = BLACK
   node.parent.parent.color = RED
   self._right_rotate(node.parent.parent)

    if node == self.root:
        break
   

   self.root.color = BLACK

5. 实现旋转操作
   旋转是维护红黑树平衡的关键操作：
   def _left_rotate(self, x):
   y = x.right
   x.right = y.left
   if y.left != self.nil:
   y.left.parent = x

   y.parent = x.parent
   if x.parent is None:
   self.root = y
   elif x == x.parent.left:
   x.parent.left = y
   else:
   x.parent.right = y

   y.left = x
   x.parent = y

def _right_rotate(self, x):
y = x.left
x.left = y.right
if y.right != self.nil:
y.right.parent = x

y.parent = x.parent
if x.parent is None:
    self.root = y
elif x == x.parent.right:
    x.parent.right = y
else:
    x.parent.left = y

y.right = x
x.parent = y

6. 实现排行榜功能
   def get_top_scores(self, n):
   """获取前n个最高分"""
   result = []
   self._reverse_inorder(self.root, result, n)
   return result

def _reverse_inorder(self, node, result, limit):
if node == self.nil or len(result) >= limit:
return

# 先遍历右子树(更大的值)
self._reverse_inorder(node.right, result, limit)

if len(result) < limit:
    result.append((node.key, node.value))

# 再遍历左子树(更小的值)
self._reverse_inorder(node.left, result, limit)

总结
通过手写红黑树实现游戏排行榜系统：
高效的分数插入和查询性能
自动维护分数排序
可以轻松获取前N名玩家
内存使用效率高
这种实现特别适合需要频繁更新和查询排行榜的游戏应用场景，能够保证在大数据量下依然保持良好的性能。