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資料結構 第九篇:B樹(基本原理)

2021-07-30 07:37:59 其他

前言

B樹的基本原理是為了服務紅黑叔準備的,了解B樹可以幫助我們更好理解紅黑樹,

文章目錄

  • 前言
  • B樹的概念特點性質
  • B樹和二叉搜索樹的比較
  • 查找B樹元素
  • 插入結點
    • 上溢現象及其解決方案
  • 洗掉B樹元素
    • 下溢現象及其解決方案

B樹的概念特點性質

B樹又叫平衡的多路搜索樹
解釋:

平衡的意思是又滿足平衡二叉樹的一些性質,左樹大于右樹;
多路意思是,可以多個結點,不再是像二叉樹只有兩個結點;

在這里插入圖片描述
如12結點小于父節點18,在左子樹,23 30 介于 父節點 18 33 之間,48 大于 18 33 在右子樹;

B樹的一些特點

一個結點有多個值;
父節點有多個子節點;
高度一致,每個結點的子節點高度一致,平衡;

B樹的一些性質:

  1. m階B樹:一個結點,最多擁有m個子節點,就叫m階B樹;
    如:
    在這里插入圖片描述
    設B樹的一個結點的個數為 x 個,則有性質

  2. 根節點1<= x <= m-1;
    比如:三階B樹,根節點最少有1個值,最多2個值;

  3. 非根結點m / 2 向上取整 - 1 <= x <= m-1;
    比如:三階B樹,一個結點的值最少為 1個,最多為 2個;

  4. 如果有某個結點有子結點個數,則子結點個數 y = x +1;這是結點元素和結點子節點的數量關系
    根結點2 <= y <= m;
    非根結點m/2 向上取整<= y <= m;
    在這里插入圖片描述

B樹和二叉搜索樹的比較

在這里插入圖片描述
解釋:

多代結點合并,是二叉搜索樹父結點和子節點;
組合成超級結點,超級結點就是,B樹中,每一個結點可以有多個值;

2代合并:
如下圖二叉搜索樹合并為B樹,父結點和子節點合并;
在這里插入圖片描述

查找B樹元素

查找步驟:

先從結點內部從左往右找,找到就結束;
找不到,就往它的左子樹或者右子樹找;

如下圖b樹,假如查找 72;
在這里插入圖片描述
查找程序:

72比 40 大,往右子樹找;
在結點內依次比較:72大于60;

繼續節點內找,70小于80,說明72不在該結點內; 繼續向下找,介于6080 之間,72大于70,并且 70內部沒有其他值,只能找 70右子樹;

70右子樹為空;所以說明72不在;


插入結點

對于B樹來說,首先:新添加的結點一定是插入到葉子節點,這是比較重要的認知;

上溢現象及其解決方案

假如我要插入98,前提是在4階B樹插入:在下面這種情況:就是結點內部元素個數最多3個時候,你再插入,該節點就變成4個元素,結點元素個數不符合性質 :x<=m-1;這就是上溢的現象
在這里插入圖片描述
解決上溢現象
上溢現象的結點必定為 m 個元素,
在發生上溢的結點去找中間的值,以中間值為分界點,把發生上溢的結點分為左右子樹,插入父節點中,并且中間值插入到父節點中,
比如,上圖的:發生上溢結點如下圖
在這里插入圖片描述
中間元素為 95 ,分左子樹為 90 ,右子樹為 98 100;把 95 插入父節點
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述
假如插入父節點后,又發生生上溢,則繼續重復上面的步驟,直到插入到根結點;(有遞回的思想)


洗掉B樹元素

葉子節點洗掉:洗掉的結點如果是葉子結點:直接找到洗掉即可,
非葉子結點洗掉:找到要洗掉元素的前驅后繼覆寫該洗掉的結點即可,然后刪掉前驅或者后繼;
前驅或者后繼結點一定在葉子結點哦,
結點的前驅:在該結點的左子樹的最右的那個節點;
結點后繼:在該節點的右子樹的最左的那個結點上;
想明白前驅后繼就是比結點小的值和大的值就可,

比如洗掉60
在這里插入圖片描述
找前驅后繼:
在這里插入圖片描述
覆寫后:
在這里插入圖片描述
總結:真正被洗掉的元素還是在葉子結點發生

下溢現象及其解決方案

下溢的現象是在洗掉元素的時候,導致這個結點的元素個數不滿足 m/2向上取整 -1 <= x;

比如:下圖五階B樹,結點元素個數范圍是【2,4】;洗掉22后,該結點的元素個數為 1個,不滿足5階B樹的結點元素個數要求咯,這就是下溢現象,
在這里插入圖片描述
下溢現象的解決辦法
首先有個認知,發生下溢的結點元素個數必定為m/2向上取整 -2
解決方案:

在發生下溢結點的兄弟結點(前提兄弟結點元素個數至少為:m/2向上取整個),取出最右邊的元素(也就是最大那個),插入到發生下溢結點的父節點上,把父節點的值插入到發生下溢的結點:

在這里插入圖片描述

還有一種情況是,發生下溢的兄弟結點的元素,最少為 m/2向上取整-1
即,不可以在兄弟節點借元素插入到發生下溢結點的兄弟結點了,此時,就用合并的方案,將,發生下溢的結點的父節點向下和左右子樹合并;

如下圖:
在這里插入圖片描述

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