B 树

   即二叉搜索树:
   1. 所有非叶子结点至多拥有两个儿子( Left 和 Right );
   2. 所有结点存储一个关键字;
   3. 非叶子结点的左指针指向小于其关键字的子树,右指针指向大于其关键字的子树;
   如:
B树.png

B 树的搜索,从根结点开始,如果查询的关键字与结点的关键字相等,那么就命中;否则,如果查询关键字比 结点关键字小,就进入左儿子;如果比结点关键字大,就进入右儿子;如果左儿子或右儿子的指针为空,则报告找不到相应的关键字;
如果 B 树的所有非叶子结点的左右子树的 结点数目均保持差不多(平衡),那么 B 树的搜索性能逼近二分查找;但它比连续内存空间的二分查找的优点是,改变 B 树结构(插入与删除结点)不需要移动大段的内存数据,甚至通常是常数开销;
但 B 树在经过多次插入与删除后,有可能导致不同的结构

右边也是一个 B 树,但 它的搜索性能已经是线性的了;同样的关键字集合有可能导致不同的树结构索引;所以,使用 B 树还 要考虑尽可能让 B 树保持左图的结构,和避免右图的结构,也就是所谓的“平衡”问题;
实际使用的 B 树都是在原 B 树的基 础上加上平衡算法,即“平衡二叉树”;如何保持 B 树结点分布均匀的平衡算法是平衡二叉树的 关键;平衡算法是一种在 B 树中插入和删除结点的策略;

B- 树

   是一种多路搜索树(并不是二叉的):
   1. 定义任意非叶子结点最多只有 M 个儿 子;且 M>2 ;
   2. 根结点的儿子数为 [2, M] ;
   3. 除根结点以外的非叶子结点的儿子数为 [M/2, M] ;
   4. 每个结点存放至少 M/2-1 (取 上整)和至多 M-1 个关键字;(至少 2 个关键 字)
   5. 非叶子结点的关键字个数 = 指向儿 子的指针个数 -1 ;
   6. 非叶子结点的关键字: K[1], K[2], …, K[M-1] ;且 K[i] < K[i+1] ;
   7. 非叶子结点的指针: P[1], P[2], …, P[M] ;其中 P[1] 指向关键字小于 K[1] 的子树, P[M] 指向关键字大于 K[M-1] 的子树,其它 P[i] 指 向关键字属于 (K[i-1], K[i]) 的子树;
   8. 所有叶子结点位于同一层;
B-tree(M=3).jpg
BTree_Search(node, key) {
    if(node == null) return null;
    foreach(node.key)
    {
        if(node.key[i] == key) return node.data[i];
            if(node.key[i] > key) return BTree_Search(point[i]->node);
    }
    return BTree_Search(point[i+1]->node);
}
data = BTree_Search(root, my_key);

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;
B- 树的特性:
1. 关键字集合分布在整颗树中;
2. 任何一个关键字出现且只出现在一个结点中;
3. 搜索有可能在非叶子结点结束;
4. 其搜索性能等价于在关键字全集内做一次二分查找;
5. 自动层次控制;
6.关于B-Tree有一系列有趣的性质,例如一个度为d的B-Tree,设其索引N个key,则其树高h的上限为logd((N+1)/2),检索一个key,其查找结点个数的渐进复杂度为O(logdN)。从这点可以看出,B-Tree是一个非常有效率的索引数据结构。
由于限制了除根结点以外的非叶子结点,至少含有 M/2 个儿子,确保了结点的至少利用率,其最底搜索性能为:

B-tree(时间复杂度).jpg

其中, M 为设定的非叶子结点最多子树个 数, N 为关键字总数;
所以 B- 树的性能总是等价于二分查找 (与 M 值无关),也就没有 B 树平衡 的问题;
由于 M/2 的限制,在插入结点时,如果 结点已满,需要将结点分裂为两个各占 M/2 的结点;删除结点时,需将两个不足 M/2 的 兄弟结点合并;

B+ 树

   B+ 树是 B- 树的变体,也是一种多路搜索 树:
   1. 其定义基本与 B- 树 同,除了:
   2. 非叶子结点的子树指针与关键字个数相同;
   3. 非叶子结点的子树指针 P[i] , 指向关键字值属于 [K[i], K[i+1]) 的子树( B- 树是开区间);
   5. 为所有叶子结点增加一个链指针;
   6. 所有关键字都在叶子结点出现;

与B-Tree相比,B+Tree有以下不同点:

每个结点的指针上限为2d而不是2d+1。
内结点不存储data,只存储key;叶子结点不存储指针。
带有顺序访问指针的B+Tree
一般在数据库系统或文件系统中使用的B+Tree结构都在经典B+Tree的基础上进行了优化,增加了顺序访问指针。

B+tree( M=3 ).jpg

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* tree( M=3).png

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 (代替 B+ 树的 1/2 );
B+ 树的分裂:当一个结点满时,分配一个新的结点,并将原结点中 1/2 的数据复制到新结点,最后在父结点中增加新结点的指针; B+ 树的分裂只影响原结点和父结点,而不会影响兄弟结点,所以它不需要指向兄弟的指针;
B
树的分裂:当一个结点满时,如果它的下一个兄弟结点未满,那么将一部分数据移到兄弟结点中,再在原 结点插入关键字,最后修改父结点中兄弟结点的关键字(因为兄弟结点的关键字范围改变了);如果兄弟也满了,则在原结点与兄弟结点之间增加新结点,并各复制 1/3 的数据到新结点,最后在父结点增加新结点的指针;
所以, B* 树分配新结点的概率比 B+ 树要低,空间使用率更高;

小结

   B 树:二叉树,每个结点只存储一个关键字,等于则命中,小于走左结点,大于走右结点;
   B- 树:多路搜索树,每个结点存储 M/2 到 M 个关键字,非叶子结点存储指向关键字范围的子结点;
   所有关键字在整颗树中出现,且只出现一次,非叶子结点可以命中;
   B+ 树:在 B- 树基础上,为叶子结点增加链 表指针,所有关键字都在叶子结点中出现,非叶子结点作为叶子结点的索引; B+ 树总 是到叶子结点才命中;
   B* 树:在 B+ 树基础上,为非叶子结点也增 加链表指针,将结点的最低利用率从 1/2 提高到 2/3 ;
最后编辑于
©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 159,569评论 4 363
  • 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 67,499评论 1 294
  • 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 109,271评论 0 244
  • 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 44,087评论 0 209
  • 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 52,474评论 3 287
  • 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 40,670评论 1 222
  • 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 31,911评论 2 313
  • 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 30,636评论 0 202
  • 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 34,397评论 1 246
  • 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 30,607评论 2 246
  • 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 32,093评论 1 261
  • 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 28,418评论 2 254
  • 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 33,074评论 3 237
  • 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 26,092评论 0 8
  • 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 26,865评论 0 196
  • 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 35,726评论 2 276
  • 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 35,627评论 2 270

推荐阅读更多精彩内容

  • B树的定义 一棵m阶的B树满足下列条件: 树中每个结点至多有m个孩子。 除根结点和叶子结点外,其它每个结点至少有m...
    文档随手记阅读 13,012评论 0 25
  • 原文链接 B树 1.前言: 动态查找树主要有:二叉查找树(Binary Search Tree),平衡二叉查找树(...
    非典型程序员阅读 1,098评论 0 3
  • B树 1.前言: 动态查找树主要有:二叉查找树(Binary Search Tree),平衡二叉查找树(Balan...
    铁甲依然在_978f阅读 1,385评论 0 4
  • 二叉搜索树,平衡树,B,b-,b+,b*,红黑树 二叉搜索树 ​ 1.所有非叶子结点至多拥有两个儿子(Le...
    raincoffee阅读 3,798评论 3 18
  • 一. 算法之变,结构为宗 计算机在很多情况下被应用于检索数据,比如航空和铁路运输业的航班信息和列车时刻表的查询,都...
    Leesper阅读 6,695评论 13 42