排序:最佳归并树(优化外部排序中对磁盘的读写次数)

1.归并树的性质

  • 每个初始归并段对应一个叶子结点,把归并段的块数作为叶子的权值
  • 归并树的WPL=树中所有叶结点的带权路径长度之和
  • 归并过程中的磁盘I/O次数=归并树的WPL*2

如下图:
在这里插入图片描述

每个初始归并段看作一个叶子结点,归并段的长度作为结点权值,
则上面这棵归并树的带权路径长度WPL= 2*1+(5+1+6+2)*3= 44 =读磁盘的次数=写磁盘的次数。

重要结论:归并过程中的磁盘I/O次数=归并树的WPL*2。

要让磁盘I/O次数最少,就要使归并树WPL最小:哈夫曼树。

2.构造2路归并的最佳归并树

构造k叉哈夫曼树:
每次选择k个根节点权值最小的树合并,
并将k个根节点的权值之和作为新的根节点的权值。
在这里插入图片描述

3.多路归并的情况

1.归并段数量能构成严格k叉归并树

在这里插入图片描述

2.归并段数量不足时

注意︰对于k叉归并,若初始归并段的数量无法构成严格的k叉归并树,
则需要补充几个长度为0的“虚段”,再进行k叉哈夫曼树的构造。
如下图:
在这里插入图片描述

3.添加虚段的数量

k叉的最佳归并树一定是一棵严格的k叉树,即树中只包含度为k、度为0的结点。

设度为k的结点有nk 个,度为0的结点有no个,归并树总结点数=n则:

初始归并段数量+虚段数量=n0
n = n 0 + n k n = n0 +nk n=n0+nk
k ∗ n k = n − 1 k*nk = n -1 knk=n1
n 0 = ( k − 1 ) n k + 1 n0 = (k-1)nk +1 n0=(k1)nk+1
n k = n 0 − 1 k − 1 nk = \frac{n0-1}{k-1} nk=k1n01(如果是“严格k叉树”,一定能除得尽)

  • ①若(初始归并段数量-1) %(k-1) = 0,说明刚好可以构成严格k叉树,此时不需要添加虚段
  • ②若(初始归并段数量-1) %(k-1) = u≠0,则需要补充(k-1)- u个虚段

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