我的漫漫程序之旅

          專注于JavaWeb開發(fā)
          隨筆 - 39, 文章 - 310, 評(píng)論 - 411, 引用 - 0
          數(shù)據(jù)加載中……

          B樹、B-樹、B+樹、B*樹詳解

          B

                 即二叉搜索樹:

                 1.所有非葉子結(jié)點(diǎn)至多擁有兩個(gè)兒子(LeftRight);

                 2.所有結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)一個(gè)關(guān)鍵字;

                 3.非葉子結(jié)點(diǎn)的左指針指向小于其關(guān)鍵字的子樹,右指針指向大于其關(guān)鍵字的子樹;

                 如:

                 

                 B樹的搜索,從根結(jié)點(diǎn)開始,如果查詢的關(guān)鍵字與結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字相等,那么就命中;否則,如果查詢關(guān)鍵字比結(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字小,就進(jìn)入左兒子;如果比結(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字大,就進(jìn)入右兒子;如果左兒子或右兒子的指針為空,則報(bào)告找不到相應(yīng)的關(guān)鍵字;

                 如果B樹的所有非葉子結(jié)點(diǎn)的左右子樹的結(jié)點(diǎn)數(shù)目均保持差不多(平衡),那么B樹的搜索性能逼近二分查找;但它比連續(xù)內(nèi)存空間的二分查找的優(yōu)點(diǎn)是,改變B樹結(jié)構(gòu)(插入與刪除結(jié)點(diǎn))不需要移動(dòng)大段的內(nèi)存數(shù)據(jù),甚至通常是常數(shù)開銷;

                 如:

                

             但B樹在經(jīng)過多次插入與刪除后,有可能導(dǎo)致不同的結(jié)構(gòu):

             右邊也是一個(gè)B樹,但它的搜索性能已經(jīng)是線性的了;同樣的關(guān)鍵字集合有可能導(dǎo)致不同的樹結(jié)構(gòu)索引;所以,使用B樹還要考慮盡可能讓B樹保持左圖的結(jié)構(gòu),和避免右圖的結(jié)構(gòu),也就是所謂的“平衡”問題;      

                 實(shí)際使用的B樹都是在原B樹的基礎(chǔ)上加上平衡算法,即“平衡二叉樹”;如何保持B樹結(jié)點(diǎn)分布均勻的平衡算法是平衡二叉樹的關(guān)鍵;平衡算法是一種在B樹中插入和刪除結(jié)點(diǎn)的策略;

           

          B-

                 是一種多路搜索樹(并不是二叉的):

                 1.定義任意非葉子結(jié)點(diǎn)最多只有M個(gè)兒子;且M>2

                 2.根結(jié)點(diǎn)的兒子數(shù)為[2, M]

                 3.除根結(jié)點(diǎn)以外的非葉子結(jié)點(diǎn)的兒子數(shù)為[M/2, M]

                 4.每個(gè)結(jié)點(diǎn)存放至少M/2-1(取上整)和至多M-1個(gè)關(guān)鍵字;(至少2個(gè)關(guān)鍵字)

                 5.非葉子結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字個(gè)數(shù)=指向兒子的指針個(gè)數(shù)-1

                 6.非葉子結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字:K[1], K[2], …, K[M-1];且K[i] < K[i+1]

                 7.非葉子結(jié)點(diǎn)的指針:P[1], P[2], …, P[M];其中P[1]指向關(guān)鍵字小于K[1]的子樹,P[M]指向關(guān)鍵字大于K[M-1]的子樹,其它P[i]指向關(guān)鍵字屬于(K[i-1], K[i])的子樹;

                 8.所有葉子結(jié)點(diǎn)位于同一層;

                 如:(M=3

                 B-樹的搜索,從根結(jié)點(diǎn)開始,對(duì)結(jié)點(diǎn)內(nèi)的關(guān)鍵字(有序)序列進(jìn)行二分查找,如果命中則結(jié)束,否則進(jìn)入查詢關(guān)鍵字所屬范圍的兒子結(jié)點(diǎn);重復(fù),直到所對(duì)應(yīng)的兒子指針為空,或已經(jīng)是葉子結(jié)點(diǎn);

          B-樹的特性:

                 1.關(guān)鍵字集合分布在整顆樹中;

                 2.任何一個(gè)關(guān)鍵字出現(xiàn)且只出現(xiàn)在一個(gè)結(jié)點(diǎn)中;

                 3.搜索有可能在非葉子結(jié)點(diǎn)結(jié)束;

                 4.其搜索性能等價(jià)于在關(guān)鍵字全集內(nèi)做一次二分查找;

                 5.自動(dòng)層次控制;

                 由于限制了除根結(jié)點(diǎn)以外的非葉子結(jié)點(diǎn),至少含有M/2個(gè)兒子,確保了結(jié)點(diǎn)的至少利用率,其最底搜索性能為:

                 其中,M為設(shè)定的非葉子結(jié)點(diǎn)最多子樹個(gè)數(shù),N為關(guān)鍵字總數(shù);

                 所以B-樹的性能總是等價(jià)于二分查找(與M值無關(guān)),也就沒有B樹平衡的問題;

                 由于M/2的限制,在插入結(jié)點(diǎn)時(shí),如果結(jié)點(diǎn)已滿,需要將結(jié)點(diǎn)分裂為兩個(gè)各占M/2的結(jié)點(diǎn);刪除結(jié)點(diǎn)時(shí),需將兩個(gè)不足M/2的兄弟結(jié)點(diǎn)合并;

           

          B+

                 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,除了:

                 2.非葉子結(jié)點(diǎn)的子樹指針與關(guān)鍵字個(gè)數(shù)相同;

                 3.非葉子結(jié)點(diǎn)的子樹指針P[i],指向關(guān)鍵字值屬于[K[i], K[i+1])的子樹(B-樹是開區(qū)間);

                 5.為所有葉子結(jié)點(diǎn)增加一個(gè)鏈指針;

                 6.所有關(guān)鍵字都在葉子結(jié)點(diǎn)出現(xiàn);

                 如:(M=3

             B+的搜索與B-樹也基本相同,區(qū)別是B+樹只有達(dá)到葉子結(jié)點(diǎn)才命中(B-樹可以在非葉子結(jié)點(diǎn)命中),其性能也等價(jià)于在關(guān)鍵字全集做一次二分查找;

                 B+的特性:

                 1.所有關(guān)鍵字都出現(xiàn)在葉子結(jié)點(diǎn)的鏈表中(稠密索引),且鏈表中的關(guān)鍵字恰好是有序的;

                 2.不可能在非葉子結(jié)點(diǎn)命中;

                 3.非葉子結(jié)點(diǎn)相當(dāng)于是葉子結(jié)點(diǎn)的索引(稀疏索引),葉子結(jié)點(diǎn)相當(dāng)于是存儲(chǔ)(關(guān)鍵字)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)層;

                 4.更適合文件索引系統(tǒng);

            

          B*

                 B+樹的變體,在B+樹的非根和非葉子結(jié)點(diǎn)再增加指向兄弟的指針;

             B*樹定義了非葉子結(jié)點(diǎn)關(guān)鍵字個(gè)數(shù)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+樹的分裂:當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)滿時(shí),分配一個(gè)新的結(jié)點(diǎn),并將原結(jié)點(diǎn)中1/2的數(shù)據(jù)復(fù)制到新結(jié)點(diǎn),最后在父結(jié)點(diǎn)中增加新結(jié)點(diǎn)的指針;B+樹的分裂只影響原結(jié)點(diǎn)和父結(jié)點(diǎn),而不會(huì)影響兄弟結(jié)點(diǎn),所以它不需要指向兄弟的指針;

                 B*樹的分裂:當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)滿時(shí),如果它的下一個(gè)兄弟結(jié)點(diǎn)未滿,那么將一部分?jǐn)?shù)據(jù)移到兄弟結(jié)點(diǎn)中,再在原結(jié)點(diǎn)插入關(guān)鍵字,最后修改父結(jié)點(diǎn)中兄弟結(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字(因?yàn)樾值芙Y(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵字范圍改變了);如果兄弟也滿了,則在原結(jié)點(diǎn)與兄弟結(jié)點(diǎn)之間增加新結(jié)點(diǎn),并各復(fù)制1/3的數(shù)據(jù)到新結(jié)點(diǎn),最后在父結(jié)點(diǎn)增加新結(jié)點(diǎn)的指針;

                 所以,B*樹分配新結(jié)點(diǎn)的概率比B+樹要低,空間使用率更高;

            

          小結(jié)

                 B樹:二叉樹,每個(gè)結(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)一個(gè)關(guān)鍵字,等于則命中,小于走左結(jié)點(diǎn),大于走右結(jié)點(diǎn);

                 B-樹:多路搜索樹,每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)M/2M個(gè)關(guān)鍵字,非葉子結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)指向關(guān)鍵字范圍的子結(jié)點(diǎn);

                 所有關(guān)鍵字在整顆樹中出現(xiàn),且只出現(xiàn)一次,非葉子結(jié)點(diǎn)可以命中;

                 B+樹:在B-樹基礎(chǔ)上,為葉子結(jié)點(diǎn)增加鏈表指針,所有關(guān)鍵字都在葉子結(jié)點(diǎn)中出現(xiàn),非葉子結(jié)點(diǎn)作為葉子結(jié)點(diǎn)的索引;B+樹總是到葉子結(jié)點(diǎn)才命中;

                 B*樹:在B+樹基礎(chǔ)上,為非葉子結(jié)點(diǎn)也增加鏈表指針,將結(jié)點(diǎn)的最低利用率從1/2提高到2/3



          posted on 2008-03-10 18:29 々上善若水々 閱讀(9250) 評(píng)論(1)  編輯  收藏 所屬分類: 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

          評(píng)論

          # re: B樹、B-樹、B+樹、B*樹詳解  回復(fù)  更多評(píng)論   

          http://en.wikipedia.org/wiki/B-tree
          請(qǐng)問B-Tree, Binary Tree, Binary Search Tree是同一樣?xùn)|西?
          2012-12-19 08:15 | zsu
          主站蜘蛛池模板: 遂川县| 阳泉市| 沿河| 周宁县| 万载县| 房山区| 澄城县| 敦化市| 聂拉木县| 双桥区| 景泰县| 庆安县| 广平县| 凤阳县| 梅州市| 若尔盖县| 兴山县| 姚安县| 苍溪县| 章丘市| 公安县| 正定县| 景泰县| 大渡口区| 商城县| 崇信县| 蒲城县| 兴城市| 乌苏市| 呼玛县| 米林县| 尚义县| 吉安县| 株洲县| 邮箱| 焉耆| 郸城县| 修文县| 眉山市| 巧家县| 安西县|