B树(Balance-tree,多路平衡查找树)

目录

1.来由

2.定义

2.1内部结点

2.2外部结点(失败结点)

2.3阶

3.性质

3.1平衡

3.2有序

3.3多路

4.查找

4.1成功

4.2失败

5.插入

4.1不用调整

4.2需要调整

4.3多次调整

4.4根节点溢出

6.构建

7.删除

7.1不用调整

7.2出现下溢出

7.3兄弟不够借

7.4父结点下溢出

7.5根节点下溢出


1.来由

二叉搜索树及其平衡优化版本的AVL树和红黑树都可以是数据的查找,插入,删除以O(log n)的效率进行;

但是上述的数据结构进行操作时必须事先将要维护的数据读入内存,这导致数据极大时不可能完全读入内存,这就需要不断的从外存中读入数据;

要知道CPU和磁盘之间的速度差异超级大,要是依然使用上述数据结构时,读一个结点就要访问磁盘一次,数据量越是庞大,二叉搜索树就越高,访问磁盘次数增加,导致效率及其低下;

而B树就应运而生,它可以极致的降低树高来一次减少访问磁盘的次数,从而提高效率。

其也可以唤作"多叉平衡搜索树"。

2.定义

2.1内部结点

2.2外部结点(失败结点)

2.3阶

M阶的B树的结点最多有M个分支。

3.性质

3.1平衡

所有叶子结点都在同一层。

3.2有序

首先,结点内有序;

再者,任意一元素的左子树都小于他,任意一元素的右子树都大于他;

3.3多路

既有上限,也有下限。

|------------|-------|--------------------------|
| 对于M阶B树的结点: | | |
| 最多 | 有M个分支,M-1个元素; ||
| 最少 | 根节点: | 2个分支,一个元素; |
| 最少 | 其他结点: | [M/2]个分支,[M/2]-1个元素; |

4.查找

4.1成功

4.2失败

5.插入

无论是几阶,方法都一样,先用查找的方式找到插入的位置(一定在叶节点),最后再看是否要进行调整。

|----|---------------------------|
| 1. | 先查找到插入的位置进行插入(插入位置一定在叶结点) |
| 2. | 如果没有上溢出,无需调整 |
| 3. | 否则中间元素[m/2]上移,两边分裂 |
| 4. | 直到没有上溢出为止 |

4.1不用调整

没有超出元素个数的上限,不需要调整。

4.2需要调整

4.3多次调整

4.4根节点溢出

6.构建

7.删除

|--------|-------|----------------------|--------------|
| 删除非叶结点 | 删除非叶结点上的数都会转化为删除叶结点上的数; |||
| 删除叶节点 | 没有下溢出 | 无需调整 ||
| 删除叶节点 | 下溢出 | 兄弟够借 | 父下来,兄上去 |
| 删除叶节点 | 下溢出 | 兄弟不够借【合并,可能导致父结点下溢出】 | 父下移动到左,然后并过去 |

7.1不用调整

用叶子结点中的元素的前驱或者后继来替换:

7.2出现下溢出

出现下溢出,问左右兄弟借一个:

父下来,兄上去:

7.3兄弟不够借

父亲下移到左,然后右并过来。

或者:

7.4父结点下溢出

7.5根节点下溢出

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