树中的基本概念:https://jingzh.blog.csdn.net/article/details/107128291
树类型概述:
二叉树,完全二叉树,满二叉树,二叉排序树,平衡二叉树,红黑树,B数,B-树,B+树,B*树
二叉树:二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构;
是n(n>=0)
个结点的有限集合,它或者是空树(n=0),或者是由一个根结点及两颗互不相交的、分别称为左子树和右子树的二叉树所组成
二叉树特点:
结点
拥有的子树数目
称为结点的度
)大于2的结点完全二叉树:除最后一层外,每一层上的结点数均达到最大值;在最后一层上只缺少右边的若干结点
完全二叉树特点:
除最后一层无任何子节点外,每一层上的所有结点都有两个子结点的二叉树
满二叉树特点:
结点
拥有的子树数目
称为结点的度
)一定是2二叉排序树:可以为空树,或者是具备如下性质:若它的左子树不空,则左子树上的所有结点的值均小于根节点的值;若它的右子树不空,则右子树上的所有结点的值均大于根节点的值,左右子树分别为二叉排序树。
如下图所示:
但是还有一种特殊情况:
这种情况下,二叉搜索树已经变更为链表,搜索一个元素的时间复杂度也变成了O(n)
出现这种情况的原因是二叉搜索树没有自平衡的机制,所以就有了平衡二叉树
平衡二叉树是一种概念,是二叉查找树的一个进化体,它有几种实现方式:红黑树
、AVL树
它是一个空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1
,并且左右两个子树都是平衡二叉树,如果插入或者删除一个节点使得高度之差大于1,就要进行节点之间的旋转,将二叉树重新维持在一个平衡状态。
这个方案很好的解决了二叉查找树退化成链表的问题,把插入,查找,删除的时间复杂度最好情况和最坏情况都维持在O(logN)。但是频繁旋转会使插入和删除牺牲掉O(logN)
左右的时间,不过相对二叉查找树来说,时间上稳定了很多
红黑树是一种平衡二叉查找树的变体,它的左右子树高差有可能大于1
,所以红黑树不是严格意义上的平衡二叉树(AVL
),但对之进行平衡的代价较低, 其平均统计性能要强于 AVL
红黑树的特性:
红黑树和AVL
树区别
RB-Tree
和AVL
树作为二叉搜索树(BBST
),其实现的算法时间复杂度相同,AVL
作为最先提出的BBST
,貌似RB-tree
实现的功能都可以用AVL
树是代替,那么为什么还需要引入RB-Tree
呢
完全平衡
,即不像AVL
那样要求节点的 高度差的绝对值
<= 1,它只要求部分达到平衡,但是提出了为节点增加颜色,红黑是用非严格的平衡来换取增删节点时候旋转次数的降低,任何不平衡都会在三次旋转
之内解决,而AVL
是严格平衡树,因此在增加或者删除节点的时候,根据不同情况,旋转的次数比红黑树要多AVL
和RB-Tree
都是最多两次树旋转来实现复衡rebalance
,旋转的量级是O(1)
AVL
需要维护从被删除节点到根节点root
这条路径上所有节点的平衡,旋转的量级为O(logN)
,而RB-Tree
最多只需要旋转3次实现复衡,只需O(1)
,所以说RB-Tree
删除节点的rebalance
的效率更高,开销更小AVL
的结构相较于RB-Tree
更为平衡,插入和删除引起失衡,RB-Tree
复衡效率更高;当然,由于AVL
高度平衡,因此AVL的Search效率更高
rebalance
操作,红黑树能够提供一个比较便宜
的解决方案,降低开销,是对search
,insert
,以及delete
效率的折衷,总体来说,RB-Tree
的统计性能高于AVL
RB-Tree
是功能、性能、空间开销的折中结果AVL
,维护强于AVL
,空间开销与AVL
类似,内容极多时略优于AVL,维护优于AVL。总结:实际应用中,若搜索的次数远远大于插入和删除,那么选择AVL
,如果搜索,插入删除次数几乎差不多,应该选择RB-Tree
一种平衡的多叉树
,称为B树
(或B-树、B_树)
一棵m阶B树
(m阶数:表示此树的结点最多有多少个孩子结点(子树))是一棵平衡的m路
搜索树。它或者是空树,或者是满足下列性质的树:
简单理解为:平衡多叉树为B树(每一个子节点上都是有数据的),叶子节点之间无指针相邻
B树的搜索,从根结点开始,如果查询的关键字与结点的关键字相等,那么就命中;否则,如果查询关键字比结点关键字小,就进入左儿子;如果比结点关键字大,就进入右儿子;如果左儿子或右儿子的指针为空,则报告找不到相应的关键字;
如果B树的所有非叶子结点的左右子树的结点数目均保持差不多(平衡),那么B树的搜索性能逼近二分查找;但它比连续内存空间的二分查找的优点是,改变B树结构(插入与删除结点)不需要移动大段的内存数据,甚至通常是常数开销;但B树在经过多次插入与删除后,有可能导致不同的结构
B-树
是一种多路搜索树(并不是二叉的):
M>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;
B-树的特性:
由于限制了除根结点以外的非叶子结点,至少含有M/2个儿子,确保了结点的至少利用率,其最底搜索性能为:
其中,M为设定的非叶子结点最多子树个数,N为关键字总数;
所以B-树的性能总是等价于二分查找(与M值无关),也就没有B树平衡的问题;
由于M/2的限制,在插入结点时,如果结点已满,需要将结点分裂为两个各占M/2的结点;删除结点时,需将两个不足M/2的兄弟结点合并;
B+树是B树的一种变形形式,B+树上的叶子结点存储关键字以及相应记录的地址,叶子结点以上各层作为索引使用。一棵m阶的B+树定义如下
B+树的查找与B树不同,当索引部分某个结点的关键字与所查的关键字相等时,并不停止查找,应继续沿着这个关键字左边的指针向下,一直查到该关键字所在的叶子结点为止。
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
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);
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
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;所以,B*树
分配新结点的概率比B+树
要低,空间使用率更高
B树
类型总结:
B树
:二叉树,每个结点只存储一个关键字,等于则命中,小于走左结点,大于走右结点;B-树
:多路搜索树,每个结点存储M/2到M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原文:https://www.cnblogs.com/jingzh/p/14936431.html