树中枝繁叶茂:探索 B+ 树、B 树、二叉树、红黑树和跳表的世界

欢迎来到我的博客,代码的世界里,每一行都是一个故事


在这里插入图片描述

树中枝繁叶茂:探索 B+ 树、B 树、二叉树、红黑树和跳表的世界

    • 前言
    • B+树和B树
      • B树(Binary Tree):
      • B+树(B Plus Tree):
      • 应用场景:
    • 二叉树
      • 二叉树基础:
      • 二叉搜索树(BST):
    • 红黑树
    • 跳表

前言

在软件开发的世界中,数据结构扮演着至关重要的角色,影响着程序的性能和效率。本文将带领你深入探索几种常见的树状数据结构,揭示它们的设计原理和工作方式。无论你是初学者还是有经验的开发者,相信这篇文章都会为你带来新的启发和理解。

B+树和B树

B+树和B树是在数据库和文件系统中常见的数据结构,用于实现索引和快速检索。下面是它们的基本结构和一些特点的比较:

B树(Binary Tree):

  1. 结构特点:

    • B树是一种自平衡的搜索树,每个节点可以有多个子节点,通常用于存储在磁盘或其他外部存储介质上的大量数据。
    • 每个节点有多个键值,对子节点的指针比键值多一个。
  2. 查找操作:

    • B树的查找是自顶向下的,根据节点的键值大小决定搜索路径,直到找到目标键值或叶子节点。
  3. 插入和删除操作:

    • 插入和删除操作可能会导致树的结构调整,使其保持平衡。
    • 这种平衡调整可能涉及到节点的分裂和合并。

B+树(B Plus Tree):

  1. 结构特点:

    • B+树也是自平衡的搜索树,与B树不同的是,B+树的非叶子节点只包含键值信息,不存储数据。
    • 所有的叶子节点以链表的形式连接,便于范围查询和顺序遍历。
  2. 查找操作:

    • 由于所有数据都在叶子节点,查找操作只需要在叶子节点上进行,使得B+树的查找更加高效。
  3. 插入和删除操作:

    • 插入和删除操作也可能引起树的调整,但相对于B树而言,B+树的调整更简单,只需要调整叶子节点链表。

应用场景:

  1. 数据库索引:

    • B树常用于数据库的索引结构,支持等值查询和范围查询。
    • B+树更适合作为数据库索引,特别是在范围查询和顺序遍历方面性能更佳。
  2. 文件系统:

    • 在文件系统中,B树可以用于管理文件的索引和磁盘块的分配。
    • B+树在文件系统中也有应用,其特性使得范围查询和顺序读取文件更加高效。

二叉树

二叉树基础:

概念:
二叉树是一种树状数据结构,其中每个节点最多有两个子节点,分别称为左子节点和右子节点。

基本术语:

  • 节点(Node): 树中的每个元素称为节点。
  • 根节点(Root Node): 树的顶部节点,没有父节点。
  • 叶节点(Leaf Node): 没有子节点的节点称为叶节点。
  • 父节点(Parent Node): 有子节点的节点是它们子节点的父节点。
  • 子节点(Child Node): 一个节点的直接后代称为其子节点。
  • 深度(Depth): 从根节点到某节点的唯一路径的边数。
  • 高度(Height): 从节点到树最深叶节点的边数。

二叉搜索树(BST):

特性:

  • 二叉搜索树是一种二叉树,其中每个节点的值都大于其左子树中的任何节点的值,但小于其右子树中的任何节点的值。
  • 这种性质使得在BST中进行搜索、插入和删除等操作更加高效。

搜索操作:

  • 从根节点开始,比较目标值与当前节点的值。
  • 如果目标值小于当前节点值,则在左子树中继续搜索;如果大于,则在右子树中继续搜索。
  • 如果找到相等的节点,则搜索成功。

插入操作:

  • 从根节点开始,比较要插入的值与当前节点的值。
  • 如果小于当前节点值,则在左子树中插入;如果大于,则在右子树中插入。
  • 如果遇到空位置,则将新节点插入。

BST的搜索和插入操作的时间复杂度与树的高度相关,平均情况下是O(log n),其中n是树中节点的数量。

红黑树

红黑树概述:
红黑树是一种自平衡的二叉搜索树,具有以下特性:

  1. 每个节点是红色或黑色。
  2. 根节点是黑色。
  3. 每个叶子节点(NIL节点,通常表示为空)是黑色。
  4. 如果一个节点是红色,那么其两个子节点都是黑色。
  5. 从任意节点到其每个叶子节点的路径都包含相同数量的黑色节点。
  6. 没有两个相邻的红色节点,即红色节点不能出现在同一条路径上。

自平衡特性:
这些规则确保了红黑树的平衡,使得树的高度相对较小,从而保持了基本的搜索、插入和删除操作的时间复杂度在O(log n)范围内。

在数据存储和检索中的作用:

  1. 快速搜索: 红黑树通过保持平衡,确保了搜索操作的高效性。由于任意路径上黑色节点数量相同,树的高度受到控制,搜索时间复杂度为O(log n)。

  2. 高效插入和删除: 红黑树在插入和删除节点时能够通过旋转和重新着色等操作,自动保持平衡,使得树的结构尽量保持平衡。这确保了插入和删除操作的时间复杂度也是O(log n)。

  3. 有序性质: 由于红黑树是一种二叉搜索树,具有有序性质。这使得在范围查询和顺序遍历时非常高效。

  4. 应用广泛: 红黑树在很多数据结构和算法中都有应用,包括在标准库中的集合类(如C++中的std::setstd::map)以及数据库索引等领域。

红黑树通过巧妙的设计和自平衡特性,在保持高效性的同时,提供了一种在动态数据集上进行快速插入、删除和搜索的强大工具。注释已添加,如有其他问题,请随时提出。

跳表

跳表概念:
跳表(Skip List)是一种数据结构,类似于多层的有序链表,通过索引层次来实现快速查找。每个节点包含多个指针,跨越多个层次,使得在查找时可以跳过一些节点,从而提高搜索效率。

基本特性:

  1. 有序性: 在每个层次上,节点都是有序的。
  2. 多层索引: 除了最底层,还有多个层次的索引,允许跳过部分节点。
  3. 平衡性: 每层索引的节点数量大致保持平衡,确保搜索、插入和删除的平均时间复杂度为O(log n)。

高效性能在维护有序链表中的应用:

  1. 快速搜索: 跳表通过多层次的索引,可以在每次查找时跳过一些节点,从而实现快速搜索。平均情况下,搜索时间复杂度为O(log n)。

  2. 高效插入和删除: 插入和删除节点时,只需要更新相应层次的指针,不需要像平衡二叉树那样频繁地进行旋转和调整。这使得跳表在动态数据集上的插入和删除操作更加高效。

  3. 容易实现和维护: 相对于其他复杂的数据结构,跳表的实现相对简单,维护起来也相对容易。这使得它在实际应用中更受欢迎。

  4. 并发性: 跳表的并发性相对较好,对于多线程环境下的插入和删除操作,并不需要复杂的锁机制。

  5. 空间效率: 跳表相对于平衡二叉树等数据结构,具有更好的空间效率,因为它不需要维护复杂的平衡性质。

跳表通过巧妙的设计,在维护有序链表的同时,提供了高效的搜索、插入和删除操作,使得它在某些场景中成为一种性能优越的选择。注释已添加,如有其他问题,请随时提出。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/697346.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Cobra在ubuntu中设置自动补全

Cobra在ubuntu中设置自动补全 yourprogram指的是你程序&#xff0c;并且必须是使用了Cobra cli bash设置 $ source <(yourprogram completion bash)$ yourprogram completion bash > /etc/bash_completion.d/yourprogramzsh设置 $ echo "autoload -U compinit; …

Linux之用户和用户组用户账号系统文件

一、简介 1.用户的定义 在linux系统中用户&#xff08;User&#xff09;需要用用户账号来访问系统&#xff0c;服务和信息&#xff0c;系统中的每个进程&#xff08;运行的程序&#xff09;都是使用一个特定的用户运行。每个文件都属于一个特定的用户所有。对文件和目录的访…

STM32Cubemx TB6612直流电机驱动

一、TB6612FNG TB6612是一个支持双电机的驱动模块&#xff0c;支持PWM调速。PWMA、AIN1、AIN2 为一组控制引脚&#xff0c;PWMA 为 PWM 速度控制引脚&#xff0c;AIN1、AIN2 为方向控制引脚&#xff1b;PWMB、BIN1、BIN2 为一组控制引脚&#xff0c;PWMB 为 PWM 速度控制引脚&…

【力扣hot100】刷题笔记Day11

前言 科研不顺啊......又不想搞了&#xff0c;随便弄弄吧&#xff0c;多花点时间刷题&#xff0c;今天开启二叉树&#xff01; 94. 二叉树的中序遍历 - 力扣&#xff08;LeetCode&#xff09; 递归 # 最简单递归 class Solution:def inorderTraversal(self, root: TreeNode) …

idea运行项目时右下角弹出“Lombok requires enabled annotation processing”

文章目录 错误描述原因分析解决方式参考 错误描述 Lombok requires enabled annotation processing&#xff1a;翻译过来就是Lombok 需要启用注释处理 原因分析 idea安装了Lombok插件&#xff0c;但有些设置未做。 解决方式 参考 idea配置和使用Lombok

全文搜索的工作原理讲解

Elasticsearch全文搜索是一种强大的搜索技术&#xff0c;它基于Lucene构建&#xff0c;能够处理大规模数据集&#xff0c;提供快速、准确的搜索结果。要充分利用Elasticsearch的全文搜索能力&#xff0c;关键在于理解和应用其核心组件&#xff1a;分词&#xff08;Tokenization…

【FPGA】高云FPGA之数字钟实验->HC595驱动数码管

高云FPGA之IP核的使用 1、设计定义2、设计输入2.1 数码管译码显示2.2 74HC595驱动2.3 主模块设计 3、分析和综合4、功能仿真6.1 hex8模块仿真6.2 HC595模块 5、布局布线6、时序仿真7、IO分配以及配置文件&#xff08;bit流文件&#xff09;的生成8、配置&#xff08;烧录&#…

代码检测规范和git提交规范

摘要&#xff1a;之前开发的项目&#xff0c;代码检测和提交规范都是已经配置好的&#xff0c;最近自己新建的项目就记录下相关配置过程。 1. ESlint配置 2013年6月创建开源项目&#xff0c;提供一个插件化的JavaScript代码检测工具&#xff0c;创建项目是生成的eslintrc.js文…

【算法分析与设计】

&#x1f4dd;个人主页&#xff1a;五敷有你 &#x1f525;系列专栏&#xff1a;算法分析与设计 ⛺️稳中求进&#xff0c;晒太阳 题目 编写一个函数&#xff0c;输入是一个无符号整数&#xff08;以二进制串的形式&#xff09;&#xff0c;返回其二进制表达式中数字位…

如何使用Express框架构建一个简单的Web应用

在这个数字化时代&#xff0c;Web应用的需求越来越多样化和复杂化。在前端开发领域&#xff0c;Express框架作为一个快速、灵活的Node.js Web应用程序框架&#xff0c;拥有强大的功能和丰富的生态系统&#xff0c;深受开发者们的青睐。本篇博客将带您一步步探索如何使用Express…

AUTOSAR汽车电子嵌入式编程精讲300篇-基于深度学习的车载总线网络入侵检测

目录 前言 国内外研究现状 汽车 CAN 网络攻击现状 2 汽车 CAN 总线介绍及信息安全问题分析</

MR混合现实情景实训教学系统在高空作业课堂中的应用

高空作业是一项高风险的工作&#xff0c;对于从业者来说&#xff0c;不仅需要具备专业的技能&#xff0c;还需要有丰富的实践经验。然而&#xff0c;传统的课堂教学往往只能通过理论讲解和模拟训练来传授知识&#xff0c;无法提供真实的实践环境。而MR混合现实情景实训教学系统…

Alias许可分析中的数据可视化

Alias许可分析中的数据可视化&#xff1a;引领企业洞察合规之道的明灯 在信息化时代&#xff0c;数据可视化已成为各行各业的重要工具&#xff0c;能够帮助用户直观地理解和分析复杂的数据。在Alias许可分析中&#xff0c;数据可视化同样发挥着至关重要的作用&#xff0c;为企…

【小程序】应用程序编程接口汇总——授权API、OTA API、家庭API

授权API ty.authorize 权限请求方法 需引入BaseKit&#xff0c;且在>1.2.10版本才可使用 参数 Object object 属性类型默认值必填说明scopestring是scope 权限名称 举例子&#xff1a; scope.bluetooth 蓝牙权限 scope.writePhotosAlbum 写入相册权限 scope.userLocatio…

知乎高赞回复合集,句句道出生活的真相

1. 怎么定义“想清楚了”&#xff1f; “想清楚了”就是以后出了什么问题&#xff0c;你只能找个没人的地方抽自己&#xff0c;再也不能抱怨别人了。 2. “别让孩子输在起跑线上”有道理吗&#xff1f; 一辈子都要和别人去比较&#xff0c;是人生悲剧的源头。 3. 太在乎自己…

鸿蒙OS运行报错 ‘ToDoListItem({ item })‘ does not meet UI component syntax.

在学习harmonyOS时&#xff0c;原本是好好运行的。但是突然报错 ToDoListItem({ item }) does not meet UI component syntax. 一脸懵逼&#xff0c;以为是自己语法问题检查了半天也没问题。 网上搜索了一下&#xff0c;说把多余的js\map文件删除就行 才发现我的 鸿蒙的开…

Bert基础(四)--解码器(上)

1 理解解码器 假设我们想把英语句子I am good&#xff08;原句&#xff09;翻译成法语句子Je vais bien&#xff08;目标句&#xff09;。首先&#xff0c;将原句I am good送入编码器&#xff0c;使编码器学习原句&#xff0c;并计算特征值。在前文中&#xff0c;我们学习了编…

代码随想录算法训练营第四十天|343. 整数拆分、96. 不同的二叉搜索树。

343. 整数拆分 题目链接&#xff1a;整数拆分 题目描述&#xff1a; 给定一个正整数 n &#xff0c;将其拆分为 k 个 正整数 的和&#xff08; k > 2 &#xff09;&#xff0c;并使这些整数的乘积最大化。 返回 你可以获得的最大乘积 。 解题思路&#xff1a; 1、确定dp数组…

flink内存管理,设置思路,oom问题,一文全

flink内存管理 1 内存分配1.1 JVM 进程总内存&#xff08;Total Process Memory&#xff09;1.2 Flink 总内存&#xff08;Total Flink Memory&#xff09;1.3 JVM 堆外内存&#xff08;JVM Off-Heap Memory&#xff09;1.4 JVM 堆内存&#xff08;JVM Heap Memory&#xff09;…

运维的利器–监控–zabbix–第二步:建设–部署zabbix agent

文章目录 监控客户端部署及添加主机一、在 zabbix-server 安装客户端二、在本机和其他linux主机安装zabbix agent客户端1、安装2、配置3、启动并开机自启4、添加主机创建主机组创建主机等一会或重启zabbix-server查看配置是否成功 三、在其他windows上安装zabbix agent客户端下…