关于B树、B+树、B*树的总结

背景
二叉树需要加载到内存的,如果二叉树的节点少,二叉树的操作效率就较高,但是当二叉树的节点有很多的时候, 就存在如下问题:
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;
②节点海量,也会造成二叉树的高度很大,会降低操作速度。
于是多叉树登场了。

多叉树
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)
下面我们讲解的2-3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。
举例说明(下面2-3树就是一颗多叉树):
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2-3树
2-3树是最简单的B树结构, 具有如下特点:
①2-3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.
④2-3树是由二节点和三节点构成的树。

B树
B-tree树即B树,B即Balanced平衡的意思。有人把B-tree翻译成B-树,容易让人误以为B-树是一种树,而B树又是另一种树。实际上,B-树就是B树。

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。
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如上图B树通过重新组织节点, 降低了树的高度
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(页的大小通常为4k),这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入,所以B树(B+)广泛应用于文件存储系统以及数据库系统中。

我们在学习Mysql时,经常听到说某种类型的索引是基于B树或者B+树的,如下图:在这里插入图片描述
B树的相关说明:
①B树的阶:节点的最多子节点个数。比如2-3树的阶是3;
②B-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。

B+树
B+树是B树的变体,也是一种多路搜索树,如下图。
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B+树的相关说明:
①B+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),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;
⑥B树和B+树各有自己的应用场景,不能说B+树完全比B树好。

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。
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B * 树的相关说明:
①B*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B+树的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。

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