B 樹與B 樹小結

2021-06-22 18:04:00 字數 2920 閱讀 6622

一、b+樹

1.b+樹定義與特性

b+樹是b-樹的變體,也是一種多路搜尋樹:

其定義基本與b-樹同,除了:

1).非葉子結點的子樹指標與關鍵字個數相同;

2).非葉子結點的子樹指標

p[i],指向關鍵字值屬於[k[i], k[i+1])的子樹

(b-樹是開區間);

3).為所有葉子結點增加乙個鏈指標;

4).所有關鍵字都在葉子結點出現

為了全面 這裡給出網上另外一種說法:

一棵m階的b+樹和m階的b樹的差異在於:

1.有n棵子樹的結點中含有n個關鍵字; (而b 樹是n棵子樹有n-1個關鍵字)

2.所有的葉子結點中包含了全部關鍵字的資訊,及指向含有這些關鍵字記錄的指標,且葉子結點本身依關鍵字的大小自小而大的順序鏈結。 (而b 樹的葉子節點並沒有包括全部需要查詢的資訊)

3.所有的非終端結點可以看成是索引部分,結點中僅含有其子樹根結點中最大(或最小)關鍵字。 (而b 樹的非終節點也包含需要查詢的有效資訊)

下圖給出典型的3階b+樹示例

b+的特性:

1).所有關鍵字都出現在葉子結點的鍊錶中(稠密索引),且鍊錶中的關鍵字恰好

是有序的;

2).不可能在非葉子結點命中;

3).非葉子結點相當於是葉子結點的索引(稀疏索引),葉子結點相當於是儲存

(關鍵字)資料的資料層;

4).更適合檔案索引系統;

2.b+樹的基本操作

1)查詢操作

對b+樹可以進行兩種查詢運算:

a.從最小關鍵字起順序查詢;

b.從根結點開始,進行隨機查詢。

在查詢時,若非終端結點上的劇組機等於給定值,並不終止,而是繼續向下直到葉子結點。因此,在b+樹中,不管查詢成功與否,每次查詢都是走了一條從根到葉子結點的路徑。其餘同b-樹的查詢類似。

2).插入操作

3)刪除操作

b+樹的刪除也僅在葉子結點進行,當葉子結點中的最大關鍵字被刪除時,其在非終端結點中的值可以作為乙個「分界關鍵字」存在。若因刪除而使結點中關鍵字的個數少於m/2 (m/2結果取上界,如5/2結果為3)時,其和兄弟結點的合併過程亦和b-樹類似。

ps:a.不同於b+樹只適合隨機檢索,b+樹同時支援隨機檢索和順序檢索,在實際中應用比較多.

b.為什麼說b+樹比b 樹更適合實際應用中作業系統的檔案索引和資料庫索引?

1) b+樹的磁碟讀寫代價更低

b+樹的內部結點並沒有指向關鍵字具體資訊的指標。因此其內部結點相對b 樹更小。如果把所有同一內部結點的關鍵字存放在同一盤塊中,那麼盤塊所能容納的關鍵字數量也越多。一次性讀入記憶體中的需要查詢的關鍵字也就越多。相對來說io讀寫次數也就降低了。

舉個例子,假設磁碟中的乙個盤塊容納16bytes,而乙個關鍵字2bytes,乙個關鍵字具體資訊指標2bytes。一棵9階b-tree(乙個結點最多8個關鍵字)的內部結點需要2個盤快。而b+樹內部結點只需要1個盤快(全部關鍵字都在葉結點的緣故?)。當需要把內部結點讀入記憶體中的時候,b-樹就比b+樹多一次盤塊查詢時間(在磁碟中就是碟片旋轉的時間)(b+樹的內結點只有索引的作用,何來「把內部結點讀入記憶體」...,對於b+樹找到葉結點就可以,另外b+樹可以順序查詢)。

2) b+樹的查詢效率更加穩定

由於非終結點並不是最終指向檔案內容的結點,而只是葉子結點中關鍵字的索引。所以任何關鍵字的查詢必須走一條從根結點到葉子結點的路。所有關鍵字查詢的路徑長度相同,導致每乙個資料的查詢效率相當。

c.b+樹和b-樹最大的不同點是:

1).b-樹的關鍵字和記錄是放在一起的,葉子節點可以看作外部節點,不包含任何資訊;b+樹的非葉子節點中只有關鍵字和指向下乙個節點的索引,記錄只放在葉子節點中。

2).在b-樹中,越靠近根節點的記錄查詢時間越快,只要找到關鍵字即可確定記錄的存在;而b+樹中每個記錄的查詢時間基本是一樣的,都需要從根節點走到葉子節點,而且在葉子節點中還要再比較關鍵字。從這個角度看b-樹的效能好像要比b+樹好,而在實際應用中卻是b+樹的效能要好些。因為b+樹的非葉子節點不存放實際的資料,這樣每個節點可容納的元素個數比b-樹多,樹高比b-樹小,這樣帶來的好處是減少磁碟訪問次數。儘管b+樹找到乙個記錄所需的比較次數要比b-樹多,但是一次磁碟訪問的時間相當於成百上千次記憶體比較的時間,因此實際中b+樹的效能可能還會好些,而且b+樹的葉子節點使用指標連線在一起,方便順序遍歷(例如檢視乙個目錄下的所有檔案,乙個表中的所有記錄等),這也是很多資料庫和檔案系統使用b+樹的緣故。

二、b*樹(這個網上介紹的甚少,教科書我也沒有找到細緻的介紹)

b*tree是b+樹的變體,在b+tree的非根和非葉子結點(內結點)再增加指向兄弟的指標

b*樹定義了非葉子結點關鍵字個數至少為

(2/3)*m,即塊的最低使用率為2/3(代替b+樹的1/2);

b+樹的**:當乙個結點滿時,分配乙個新的結點,並將原結點中1/2的資料

複製到新結點,最後在父結點中增加新結點的指標;b+樹的**只影響原結點和父

結點,而不會影響兄弟結點,所以它不需要指向兄弟的指標;

b*樹的**:當乙個結點滿時,如果它的下乙個兄弟結點未滿,那麼將一部分

資料移到兄弟結點中,再在原結點插入關鍵字,最後修改父結點中兄弟結點的關鍵字

(因為兄弟結點的關鍵字範圍改變了);如果兄弟也滿了,則在原結點與兄弟結點之

間增加新結點,並各複製1/3

的資料到新結點,最後在父結點增加新結點的指標;

所以,b*樹分配新結點的概率比b+樹要低,空間使用率更高。

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