文章目录
- 12.1 二叉树与B 树
- 12.1.1 二叉树的问题分析
- 12.1.2 多叉树
- 12.1.3 B 树的基本介绍
- 12.2 2-3 树
- 12.2.1 2-3 树是最简单的 B 树结构, 具有如下特点:
- 12.2.2 2-3 树应用案例
- 12.2.3 其它说明
- 12.3 B 树、B+树和 B*树
- 12.3.1 B 树的介绍
- 12.3.2 B 树的介绍
- 12.3.3 B+树的介绍
- 12.3.4 B*树的介绍
12.1 二叉树与B 树
12.1.1 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
- 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.
12.1.2 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)
12.1.3 B 树的基本介绍
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。
- 如图 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
- 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
12.2 2-3 树
12.2.1 2-3 树是最简单的 B 树结构, 具有如下特点:
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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)
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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.
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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.
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2-3 树是由二节点和三节点构成的树。
12.2.2 2-3 树应用案例
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。(演示一下构建 2-3
树的过程.)
插入规则:
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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)
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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.
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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
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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。 -
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
12.2.3 其它说明
除了 23 树，还有 234 树等，概念和 23 树类似，也是一种 B 树。 如图:
12.3 B 树、B+树和 B*树
12.3.1 B 树的介绍
B-tree 树即 B 树，B 即 Balanced，平衡的意思。有人把 B-tree 翻译成 B-树，容易让人产生误解。会以为 B-树是一种树，而 B 树又是另一种树。实际上，B-tree 就是指的 B 树。
12.3.2 B 树的介绍
前面已经介绍了 2-3 树和 2-3-4 树，他们就是 B 树(英语：B-tree 也写成 B-树)，这里我们再做一个说明，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，如图:
对上图的说明:
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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
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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
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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.
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搜索有可能在非叶子结点结束
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其搜索性能等价于在关键字全集内做一次二分查找
12.3.3 B+树的介绍
B+树是 B 树的变体，也是一种多路搜索树。
对上图的说明:
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B+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），其性能也等价于在关键字全集做一次二分查找
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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【也叫稠密索引】），且链表中的关键字(数据)恰好是有序的。
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不可能在非叶子结点命中
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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
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更适合文件索引系统
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B 树和 B+树各有自己的应用场景，不能说 B+树完全比 B 树好，反之亦然.
12.3.4 B*树的介绍
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*树的说明:
- 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，而 B+树的块的最低使用率为的
1/2。 - 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
