BST樹 B 樹 B 樹 B 樹簡介

2021-06-29 16:36:09 字數 3324 閱讀 8399

即二叉搜尋樹:

1.所有非葉子結點至多擁有兩個兒子(left和right);

2.所有結點儲存乙個關鍵字;

3.非葉子結點的左指標指向小於其關鍵字的子樹,右指標指向大於其關鍵字的子樹;

如:

是一種多路搜尋樹(並不是二叉的):

1.定義任意非葉子結點最多只有m個兒子,且m>2;

2.根結點的兒子數為[2, m];

3.除根結點以外的非葉子結點的兒子數為[m/2, m];

4.每個結點存放至少m/2-1(上取整)和至多m-1個關鍵字;(至少2個關鍵字)

5.非葉子結點的關鍵字個數=指向兒子的指標個數-1;

6.非葉子結點的關鍵字:k[1], k[2], …, k[m-1],且k[i] < k[i+1];

7.非葉子結點的指標:p[1], p[2], …, p[m];其中p[1]指向關鍵字小於k[1]的子樹,p[m]指向關鍵字大於k[m-1]的子樹,其它p[i]指向關鍵字屬於(k[i-1], k[i])的子樹;

8.所有葉子結點位於同一層;

如:(m=3)

b-樹的搜尋,從根結點開始,對結點內的關鍵字(有序)序列進行二分查詢,如果命中則結束,否則進入查詢關鍵字所屬範圍的兒子結點;重複,直到所對應的兒子指標為空,或已經是葉子結點;

b-樹的特性:

1.關鍵字集合分布在整顆樹中;

2.任何乙個關鍵字出現且只出現在乙個結點中;

3.搜尋有可能在非葉子結點結束;

4.其搜尋效能等價於在關鍵字全集內做一次二分查詢;

5.自動層次控制;

由於限制了除根結點以外的非葉子結點,至少含有m/2個兒子,確保了結點的至少利用率,其最低搜尋效能為o(logn)。

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;

如:(m=3)

b+的搜尋與b-樹也基本相同,區別是b+樹只有達到葉子結點才命中(b-樹可以在非葉子結點命中),其效能也等價於在關鍵字全集做一次二分查詢;

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;

b+樹比b-樹的優勢:

1 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。

2 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個盤塊。而b+樹內部結點只需要1個盤塊(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)。

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。

3 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。

是b+樹的變體,在b+樹的非根和非葉子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;

bst樹:二叉搜尋樹,每個結點只儲存乙個關鍵字,等於則命中,小於走左結點,大於走右結點;

b-樹(b樹):多路搜尋樹,每個結點儲存m/2到m個關鍵字,非葉子結點儲存指向關鍵字範圍的子結點;所有關鍵字在整顆樹中出現,且只出現一次,非葉子結點可以命中;

b+樹:在b-樹基礎上,為葉子結點增加鍊錶指標,所有關鍵字都在葉子結點中出現,非葉子結點作為葉子結點的索引;b+樹總是到葉子結點才命中;

b*樹:在b+樹基礎上,為非葉子結點也增加鍊錶指標,將結點的最低利用率從1/2提高到2/3;

**:

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