二十一. java数据结构 - 多路查找树

1. 二叉树的问题分析

二叉树的操作效率较高,但是也存在问题, 请看下面的二叉树

二叉树
  1. 二叉树需要加载到内存的,如果二叉树的节点少,没有什么问题,但是如果二叉树的节点很多(比如 1 亿), 就存在如下问题:

  2. 问题 1:在构建二叉树时,需要多次进行 i/o 操作(海量数据存在数据库或文件中),节点海量,构建二叉树时,速度有影响

  3. 问题 2:节点海量,也会造成二叉树的高度很大,会降低操作速度.

2. 多叉树

  1. 在二叉树中,每个节点有数据项,最多有两个子节点。如果允许每个节点可以有更多的数据项和更多的子节点,就是多叉树(multiway tree)

  2. 后面我们讲解的 2-3 树,2-3-4 树就是多叉树,多叉树通过重新组织节点,减少树的高度,能对二叉树进行优化。

多叉树

3. B 树的基本介绍

B 树通过重新组织节点,降低树的高度,并且减少 i/o 读写次数来提升效率。

B树
  1. 如图 B 树通过重新组织节点, 降低了树的高度.

  2. 文件系统及数据库系统的设计者利用了磁盘预读原理,将一个节点的大小设为等于一个页(页得大小通常为 4k),这样每个节点只需要一次 I/O 就可以完全载入

  3. 将树的度 M 设置为 1024,在 600 亿个元素中最多只需要 4 次 I/O 操作就可以读取到想要的元素, B 树(B+)广泛应用于文件存储系统以及数据库系统中

4. 树

4.1 树的特点

树是最简单的 B 树结构, 具有如下特点:

  1. 2-3 树的所有叶子节点都在同一层.(只要是 B 树都满足这个条件)

  2. 有两个子节点的节点叫二节点,二节点要么没有子节点,要么有两个子节点

  3. 有三个子节点的节点叫三节点,三节点要么没有子节点,要么有三个子节点.

  4. 2-3 树是由二节点和三节点构成的树。

4.2. 树应用案例

将数列{16, 24, 12, 32, 14, 26, 34, 10, 8, 28, 38, 20} 构建成 2-3 树,并保证数据插入的大小顺序。

树应用案例

插入规则:

  1. 2-3 树的所有叶子节点都在同一层.(只要是 B 树都满足这个条件)

  2. 有两个子节点的节点叫二节点,二节点要么没有子节点,要么有两个子节点.

  3. 有三个子节点的节点叫三节点,三节点要么没有子节点,要么有三个子节点

  4. 当按照规则插入一个数到某个节点时,不能满足上面三个要求,就需要拆,先向上拆,如果上层满,则拆本层,拆后仍然需要满足上面 3 个条件。

  5. 对于三节点的子树的值大小仍然遵守(BST 二叉排序树)的规则

4.3 其它说明

除了 23 树,还有 234 树等,概念和 23 树类似,也是一种 B 树。

其它说明

5. B 树的介绍

B-tree 树即 B 树,B 即 Balanced,平衡的意思。有人把 B-tree 翻译成 B-树,容易让人产生误解。会以为 B-树是一种树,而 B 树又是另一种树。实际上,B-tree 就是指的 B 树

B树
  1. B 树的阶:节点的最多子节点个数。比如 2-3 树的阶是 3,2-3-4 树的阶是 4

  2. B-树的搜索,从根结点开始,对结点内的关键字(有序)序列进行二分查找,如果命中则结束,否则进入查询关键字所属范围的儿子结点;重复,直到所对应的儿子指针为空,或已经是叶子结点

  3. 关键字集合分布在整颗树中, 即叶子节点和非叶子节点都存放数据.

  4. 搜索有可能在非叶子结点结束

  5. 其搜索性能等价于在关键字全集内做一次二分查找

6. B+树

B+树是 B 树的变体,也是一种多路搜索树。

B+树
  1. B+树的搜索与 B 树也基本相同,区别是 B+树只有达到叶子结点才命中(B 树可以在非叶子结点命中),其性能也等价于在关键字全集做一次二分查找

  2. 所有关键字都出现在叶子结点的链表中(即数据只能在叶子节点【也叫稠密索引】),且链表中的关键字(数据)恰好是有序的。

  3. 不可能在非叶子结点命中

  4. 非叶子结点相当于是叶子结点的索引(稀疏索引),叶子结点相当于是存储(关键字)数据的数据层

  5. 更适合文件索引系统

  6. B 树和 B+树各有自己的应用场景,不能说 B+树完全比 B 树好,反之亦然

7. B*树

B*树是 B+树的变体,在 B+树的非根和非叶子结点再增加指向兄弟的指针。

B*树
  1. B树定义了非叶子结点关键字个数至少为(2/3)M,即块的最低使用率为 2/3,而 B+树的块的最低使用率为的1/2。

  2. 从第 1 个特点我们可以看出,B*树分配新结点的概率比 B+树要低,空间使用率更高

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 217,084评论 6 503
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,623评论 3 392
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 163,450评论 0 353
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,322评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,370评论 6 390
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,274评论 1 300
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,126评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,980评论 0 275
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,414评论 1 313
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,599评论 3 334
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,773评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,470评论 5 344
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,080评论 3 327
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,713评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,852评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,865评论 2 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,689评论 2 354

推荐阅读更多精彩内容