MySQL系列(10)--数据库树形结构基础

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树形结构

在了解索引之前先了解各种树形结构的区别,因为数据库所以系统都是基于树形结构设计的。
基础树形
由上图看得出树是一些节点的集合,总结一下树的一些基本概念:

1、结点:树中的数据元素都称之为结点
2、根:最上面的结点称之为根,一颗树只有一个根且由根发展而来,从另外一个角度来说,每个结点都可以认为是其子树的根
3、父亲:结点的上层结点,如图中,结点K的父亲是E、结点L的父亲是G
4、兄弟:具有相同父亲的结点称为兄弟,图中F、G、H互为兄弟
5、结点的度:结点所拥有的子树的个数称之为结点的度,如结点B的度为3
6、树叶:度为0的结点,也叫作终端结点,图中D、K、F、L、H、I、J都是树叶
7、分支结点:度不为0的结点,也叫作非终端结点或内部结点,图中根、A、B、C、E、G都是分支结点
8、结点的层次:从根节点到树中某结点所经路径上的分支树称为该结点的层次,根节点的层次规定为1,其余结点的层次等于其父亲结点的层次+1
9、树的深度:树中结点的最大层次数,图中树的深度为4

二叉树

上面的是树的一般形态,下面看一下二叉树。二叉树是一棵树,其中每个结点都不能有多于两个子树。

下图展示了一颗二叉树:
二叉树

B树 - - 二叉查找树

二叉树的一个重要应用是在它们查找中的使用。假设树中的每个结点存储一项数据,使得二叉树成为二叉查找树的性质是:对于树中的每个结点X,它的左子树中所有项的值小于X,而它的右子树中所有项的值大于X,这意味着该树所有的元素可以用某种一致的方式排序。

如下图:
二叉查找树

如果我这么修改一下:就变成了二叉树,因为在根节点的左子树中,有一个节点是11
二叉树

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-树
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;

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);

   4.为所有叶子结点增加一个链指针;

   5.所有关键字都在叶子结点出现;

B+树
B+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),其性能也等价于在关键字全集做一次二分查找;

   B+的特性:

   1.所有关键字都出现在叶子结点的链表中(稠密索引),且链表中的关键字恰好

是有序的;

   2.不可能在非叶子结点命中;

   3.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;

   4.更适合文件索引系统;

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*树
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;

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