B樹
即二叉搜索樹:
1.所有非葉子結點至多擁有兩個兒子(Left和Right)化戳;
2.所有結點存儲一個關鍵字单料;
3.非葉子結點的左指針指向小于其關鍵字的子樹,右指針指向大于其關鍵字的子樹点楼;
如:
B樹的搜索扫尖,從根結點開始,如果查詢的關鍵字與結點的關鍵字相等掠廓,那么就命中换怖;
否則,如果查詢關鍵字比結點關鍵字小蟀瞧,就進入左兒子沉颂;如果比結點關鍵字大条摸,就進入
右兒子;如果左兒子或右兒子的指針為空兆览,則報告找不到相應的關鍵字屈溉;
如果B樹的所有非葉子結點的左右子樹的結點數(shù)目均保持差不多(平衡)塞关,那么B樹
的搜索性能逼近二分查找抬探;但它比連續(xù)內存空間的二分查找的優(yōu)點是,改變B樹結構
(插入與刪除結點)不需要移動大段的內存數(shù)據(jù)帆赢,甚至通常是常數(shù)開銷小压;
如:
但B樹在經(jīng)過多次插入與刪除后,有可能導致不同的結構:
右邊也是一個B樹椰于,但它的搜索性能已經(jīng)是線性的了怠益;同樣的關鍵字集合有可能導致不同的
樹結構索引;所以瘾婿,使用B樹還要考慮盡可能讓B樹保持左圖的結構蜻牢,和避免右圖的結構,也就
是所謂的“平衡”問題偏陪;
實際使用的B樹都是在原B樹的基礎上加上平衡算法抢呆,即“平衡二叉樹”;如何保持B樹
結點分布均勻的平衡算法是平衡二叉樹的關鍵笛谦;平衡算法是一種在B樹中插入和刪除結點的
策略抱虐;
B-樹
是一種多路搜索樹(并不是二叉的):
1.定義任意非葉子結點最多只有M個兒子;且M>2饥脑;
2.根結點的兒子數(shù)為[2, M]恳邀;
3.除根結點以外的非葉子結點的兒子數(shù)為[M/2, M];
4.每個結點存放至少M/2-1(取上整)和至多M-1個關鍵字灶轰;(至少2個關鍵字)
5.非葉子結點的關鍵字個數(shù)=指向兒子的指針個數(shù)-1谣沸;
6.非葉子結點的關鍵字:K[1], K[2], …, K[M-1];且K[i] < K[i+1]笋颤;
7.非葉子結點的指針:P[1], P[2], …, P[M]鳄抒;其中P[1]指向關鍵字小于K[1]的
子樹,P[M]指向關鍵字大于K[M-1]的子樹椰弊,其它P[i]指向關鍵字屬于(K[i-1], K[i])的子樹许溅;
8.所有葉子結點位于同一層;
如:(M=3)
B-樹的搜索秉版,從根結點開始贤重,對結點內的關鍵字(有序)序列進行二分查找,如果
命中則結束清焕,否則進入查詢關鍵字所屬范圍的兒子結點并蝗;重復祭犯,直到所對應的兒子指針為
空,或已經(jīng)是葉子結點滚停;
B-樹的特性:
1.關鍵字集合分布在整顆樹中沃粗;
2.任何一個關鍵字出現(xiàn)且只出現(xiàn)在一個結點中;
3.搜索有可能在非葉子結點結束键畴;
4.其搜索性能等價于在關鍵字全集內做一次二分查找最盅;
5.自動層次控制;
由于限制了除根結點以外的非葉子結點起惕,至少含有M/2個兒子涡贱,確保了結點的至少
利用率,其最底搜索性能為:
其中惹想,M為設定的非葉子結點最多子樹個數(shù)问词,N為關鍵字總數(shù);
所以B-樹的性能總是等價于二分查找(與M值無關)嘀粱,也就沒有B樹平衡的問題激挪;
由于M/2的限制,在插入結點時锋叨,如果結點已滿垄分,需要將結點分裂為兩個各占
M/2的結點;刪除結點時悲柱,需將兩個不足M/2的兄弟結點合并锋喜;
B+樹
B+樹是B-樹的變體,也是一種多路搜索樹:
1.其定義基本與B-樹同豌鸡,除了:
2.非葉子結點的子樹指針與關鍵字個數(shù)相同嘿般;
3.非葉子結點的子樹指針P[i],指向關鍵字值屬于[K[i], K[i+1])的子樹
(B-樹是開區(qū)間)涯冠;
5.為所有葉子結點增加一個鏈指針炉奴;
6.所有關鍵字都在葉子結點出現(xiàn);
如:(M=3)
B+的搜索與B-樹也基本相同蛇更,區(qū)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)瞻赶,其性能也等價于在關鍵字全集做一次二分查找;
B+的特性:
1.所有關鍵字都出現(xiàn)在葉子結點的鏈表中(稠密索引)派任,且鏈表中的關鍵字恰好
是有序的砸逊;
2.不可能在非葉子結點命中;
3.非葉子結點相當于是葉子結點的索引(稀疏索引)掌逛,葉子結點相當于是存儲
(關鍵字)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)層师逸;
4.更適合文件索引系統(tǒng);
B*樹
是B+樹的變體豆混,在B+樹的非根和非葉子結點再增加指向兄弟的指針篓像;
B*樹定義了非葉子結點關鍵字個數(shù)至少為(2/3)*M动知,即塊的最低使用率為2/3
(代替B+樹的1/2);
B+樹的分裂:當一個結點滿時员辩,分配一個新的結點盒粮,并將原結點中1/2的數(shù)據(jù)
復制到新結點,最后在父結點中增加新結點的指針奠滑;B+樹的分裂只影響原結點和父
結點丹皱,而不會影響兄弟結點,所以它不需要指向兄弟的指針养叛;
B*樹的分裂:當一個結點滿時种呐,如果它的下一個兄弟結點未滿宰翅,那么將一部分
數(shù)據(jù)移到兄弟結點中弃甥,再在原結點插入關鍵字,最后修改父結點中兄弟結點的關鍵字
(因為兄弟結點的關鍵字范圍改變了)汁讼;如果兄弟也滿了淆攻,則在原結點與兄弟結點之
間增加新結點,并各復制1/3的數(shù)據(jù)到新結點嘿架,最后在父結點增加新結點的指針瓶珊;
所以,B*樹分配新結點的概率比B+樹要低耸彪,空間使用率更高伞芹;
小結
B樹:二叉樹,每個結點只存儲一個關鍵字蝉娜,等于則命中唱较,小于走左結點,大于
走右結點召川;
B-樹:多路搜索樹南缓,每個結點存儲M/2到M個關鍵字,非葉子結點存儲指向關鍵
字范圍的子結點荧呐;
所有關鍵字在整顆樹中出現(xiàn)汉形,且只出現(xiàn)一次,非葉子結點可以命中倍阐;
B+樹:在B-樹基礎上概疆,為葉子結點增加鏈表指針,所有關鍵字都在葉子結點
中出現(xiàn)峰搪,非葉子結點作為葉子結點的索引岔冀;B+樹總是到葉子結點才命中;
B*樹:在B+樹基礎上罢艾,為非葉子結點也增加鏈表指針楣颠,將結點的最低利用率
從1/2提高到2/3尽纽;