B树介绍

参考: https://blog.csdn.net/A_zhangq/article/details/99662693 漫画叙述B+树和B-树,很值得看!

B树

B-树就是B树(可能有部分人会习惯上把B-树读为B减树,其实并不存在B减树,只是读法上的不同而已),B就是balanced,平衡的意思。B-树就是指的B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] ;(有序序列)

  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;

如 (M = 3):

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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.

B-树的特性:

  • 关键字集合分布在整颗树中;
  • 任何一个关键字出现且只出现在一个结点中;
  • 搜索有可能在非叶子结点结束;
  • 其搜索性能等价于在关键字全集内做一次二分查找;
  • 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:

其定义基本与B-树同,除了:

  1. 非叶子结点的子树指针与关键字个数相同;
  2. 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);
  3. 为所有叶子结点增加一个链指针;
  4. 所有关键字都在叶子结点出现;

如(M=3):

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B+树的搜索

与B-树基本相同,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+树的特性:

  • 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;(所有叶子节点形成有序链表,便于范围查询
  • 不可能在非叶子结点命中;
  • 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;
  • 更适合文件索引系统;

关于稠密索引与稀疏索引:https://blog.csdn.net/Qmen_Crow/article/details/51052160

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

B*树是B+树的一种变形,它是在B+树的基础上,将索引层以指针连接起来(在B+树的非根和非叶子结点再增加指向兄弟的指针),使搜索取值更加快捷。

如下图(M = 3):

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B*树在B+树的基础上产生了一系列的变化,如下:

  1. 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);
  2. **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。

B*树相对于B+树,空间利用率上有所提高,查询速率也有所提高。


总结

  • 二叉搜索树:二叉树,每个结点只存储一个关键字且值大于左子树,小于右子树。

  • B(B-)树:多路搜索树,每个结点存储 M/2-1 到 M - 1 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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这两种树都是平衡的多分树,它们都可以用于文件的索引结构,但B树只能支持随机检索,而B+树是有序的树,既能支持随机检索,又能支持顺序检索。

B+树动画演示:B+ Tree Visualization (usfca.edu)