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二叉樹的基本操作(四)——關于B-樹,B+樹,B*樹的概念

BST樹:二叉查找樹

B-樹,B+樹,B*樹都不是二叉查找樹。

參考資料:http://blog.csdn.net/dazhong159/article/details/7963846

https://wenku.baidu.com/view/548325b5e009581b6ad9eb21.html?from=search

http://blog.csdn.net/hijiankang/article/details/9166451

一、B-樹(B樹)

二叉樹的基本操作(四)——關于B-樹,B+樹,B*樹的概念

性質:是一種多路搜尋樹(并不是二叉的)

1 定義任意非葉子結點最多隻有M個兒子(且M>2),M是B-樹的階數;

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(取上整)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=指向兒子的指針個數-1;(3 4 5應該配合着一起看)

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

7 非葉子結點的指針:P[1], P[2], …, P[M];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,其它P[i]指向關鍵字屬于(K[i-1], K[i])的子樹(注意,是開區間);

8 所有葉子結點位于同一層;

搜尋:從根結點開始,對結點内的關鍵字(有序)序列進行二分查找,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針為空,或已經是葉子結點;

1 關鍵字集合分布在整顆樹中;

2 任何一個關鍵字出現且隻出現在一個結點中;

3 搜尋有可能在非葉子結點結束;

4 其搜尋性能等價于在關鍵字全集内做一次二分查找;

5 自動層次控制;

6 由于限制了除根結點以外的非葉子結點,至少含有M/2個兒子,確定了結點的至少使用率,其最底搜尋性能為lgN;

7 B-樹的性能總是等價于二分查找(與M值無關),沒有B樹平衡的問題;

插入:由于M/2的限制,在插入結點時,如果結點已滿,需要将結點分裂為兩個各占M/2的結點;删除結點時,需将兩個不足M/2的兄弟結點合并;

應用:檔案系統

最簡單的B-樹是2-3樹

二、B+樹

二叉樹的基本操作(四)——關于B-樹,B+樹,B*樹的概念

性質: B+樹是B-樹的變體,也是一種多路搜尋樹:

1 其定義基本與B-樹同,除了:

2 非葉子結點的子樹指針與關鍵字個數相同,範圍區間為[M/2, M];

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-樹是開區間,這裡是半開區間);

4 為所有葉子結點增加一個鍊指針;

5 所有關鍵字都出現在葉子結點的連結清單中(稠密索引),且連結清單中的關鍵字恰好是有序的;

6 非葉子結點相當于是葉子結點的索引(稀疏索引),葉子結點相當于是存儲(關鍵字)資料的資料層;

搜尋: B+的搜尋與B-樹也基本相同,差別是B+樹隻有達到葉子結點才命中(B-樹可以在非葉子結點命中),其性能也等價于在關鍵字全集做一次二分查找;

插入:當一個結點滿時,配置設定一個新的結點,并将原結點中1/2的資料複制到新結點,最後在父結點中增加新結點的指針;B+樹的分裂隻影響原結點和父結點,而不會影響兄弟結點,是以它不需要指向兄弟的指針;

二叉樹的基本操作(四)——關于B-樹,B+樹,B*樹的概念

應用:檔案系統

三、B*樹

二叉樹的基本操作(四)——關于B-樹,B+樹,B*樹的概念

性質:

1 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針;

2 非葉子結點的子樹指針與關鍵字個數相同,範圍區間為[2*M/3, M];

插入:當一個結點滿時,如果它的下一個兄弟結點未滿,那麼将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,并各複制1/3的資料到新結點,最後在父結點增加新結點的指針;

B*樹配置設定新結點的機率比B+樹要低,空間使用率更高。

小結

B-樹:多路搜尋樹,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範圍的子結點;所有關鍵字在整顆樹中出現,且隻出現一次,非葉子結點可以命中;

B+樹:在B-樹基礎上,為葉子結點增加連結清單指針,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連結清單指針,将結點的最低使用率從1/2提高到2/3。

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