多路查找树的介绍

二叉树的问题分析:

二叉树的操作效率较高,但是也存在问题, 请看下面的二叉树
在这里插入图片描述
二叉树需要加载到内存的,如果二叉树的节点少,没有什么问题,但是如果二叉树的节点很多(比如1亿), 就存在如下问题:
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
问题2:节点海量,也会造成二叉树的高度很大,会降低操作速度.

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)
后面我们讲解的2-3树,2-3-4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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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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1)、如图B树通过重新组织节点, 降低了树的高度.
2)、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(页得大小通常为4k),这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入
3)、将树的度M设置为1024,在600亿个元素中最多只需要4次I/O操作就可以读取到想要的元素, B树(B+)广泛应用于文件存储系统以及数据库系统中

B树的说明:

1)、B树的阶:节点的最多子节点个数。比如2-3树的阶是3,2-3-4树的阶是4
2)、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
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

2-3树:

2-3树是最简单的B树结构, 具有如下特点:

1)、2-3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.
4)、2-3树是由二节点和三节点构成的树。

2-3树的应用案例:

将数列{16, 24, 12, 32, 14, 26, 34, 10, 8, 28, 38, 20} 构建成2-3树,并保证数据插入的大小顺序。
插入规则:
①、2-3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
④、当按照规则插入一个数到某个节点时,不能满足上面三个要求,就需要拆,先向上拆,如果上层满,则拆本层,拆后仍然需要满足上面3个条件。
⑤、对于三节点的子树的值大小仍然遵守(BST 二叉排序树)的规则

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