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B樹、B+樹發展史 、區別

2020-09-14 08:06:34 資料庫

順序查找:就是從第一個元素開始,按索引順序遍歷待查找序列,直到找出給定目標或者查找失敗

缺點:效率低 -- 需要遍歷整個待查序列

二分法查找:也稱為折半法,是一種在有序陣列中查找特定元素的搜索演算法,

  1:首先,從陣列的中間元素開始搜索,如果該元素正好是目標元素,則搜索程序結束,否則執行下一步,

  2:如果目標元素大于/小于中間元素,則在陣列大于/小于中間元素的那一半區域查找,然后重復步驟1的操作,

  3:如果某一步陣列為空,則表示找不到目標元素

樹的概念

樹:連通無回路的無向圖是一棵樹.

根:樹中的根是樹的一個節點,任意節點都可以為根,根據不同問題可以選擇樹的一個頂點為根.

子節點&父節點:樹根為0層,直接和樹根相連的節點為根節點的子節點,根節點為其父節點,根節點的子節點為樹的1層.對于除了根節點以外的節點u來說,直接與其相連的節點中,除了一個父節點以外的所有節點都是u的子節點,u節點的子節點的層數為u節點的層數加1.

子樹:對于樹中的一個節點u來說,包含其一個兒子節點以及兒子節點的所有后輩節點的樹稱為節點u的子樹.

兄弟節點:同一父節點的子節點.

葉子節:沒有子節點的節點稱為葉子節點.

分支節點:除了根節點和葉子節點之外的所有節點都稱為分支節點.

樹高:樹的總層數.

樹的種類

無序樹:任意子節點之間沒有順序關系,也稱自由樹

有序樹:任意節點的子節點之間有順序關系,如下:

二叉樹:如果每個節點的兒子節點不多于兩個,則稱這棵樹為二叉.每個父節點的子節點用左右兒子節點來加以區分,以左兒子節點為根的子樹稱為左子樹,以右兒子節點為根的樹稱為右子樹.

滿二叉樹:如果一個二叉樹的任何節點或者樹葉,或者恰好有兩顆非空子樹,則此二叉樹稱為滿二叉樹.

完全二叉樹:如果一棵二叉樹最多只有最下面的兩次節點度數小于2,并且最下面一層的節點都集中在該層的最左邊的連續位置,成稱其實完全二叉樹.

平衡二叉樹(Balanced Binary Tree)又被稱為AVL樹(有別于AVL演算法),且具有以下性質:它是一 棵空樹或它的左右兩個子樹的高度差的絕對值不超過1,并且左右兩個子樹都是一棵平衡二叉樹.

儲存:鏈式儲存,

紅黑樹: 在平衡二叉樹穩定性的基礎上,再優化一下,減少旋轉次數 特性: 1、每個節點要么是紅色,要么是黑色, 2、根節點必須是黑色, 3、紅色節點不能連續(也即是,紅色節點的孩子和父親都不能是紅色), 4、對于每個節點,從該點至null(樹尾端)的任何路徑,都含有相同個數的黑色節點,

二叉樹特點:查找速度和比較次數最小,但是磁盤IO,當資料量過大的時候,索引大小可能有幾個G,不可能全都加載到記憶體

引出下面的樹更穩

B樹與B+樹

B樹 、B - 樹都讀B樹,

B樹與B+樹區別:

B樹每個節點都存盤資料,所有節點組成這棵樹,B+樹只有葉子節點存盤資料(B+數中有兩個頭指標:一個指向根節點,另一個指向關鍵字最小的葉節點),葉子節點包含了這棵樹的所有資料所有的葉子結點使用鏈表相連,便于區間查找和遍歷,所有非葉節點起到索引作用

B樹中葉節點包含的關鍵字和其他節點包含的關鍵字是不重復的,B+樹的索引項只包含對應子樹的最大關鍵字和指向該子樹的指標,不含有該關鍵字對應記錄的存盤地址,

B樹中每個節點(非根節點)關鍵字個數的范圍為[m/2(向上取整)-1,m-1](根節點為[1,m-1]),并且具有n個關鍵字的節點包含(n+1)棵子樹,B+樹中每個節點(非根節點)關鍵字個數的范圍為[m/2(向上取整),m](根節點為[1,m]),具有n個關鍵字的節點包含(n)棵子樹,

B+樹中查找,無論查找是否成功,每次都是一條從根節點到葉節點的路徑,

B樹的優點:

b+樹的中間節點不保存資料,能容納更多節點元素

B樹的每一個節點都包含key和value,因此經常訪問的元素可能離根節點更近,因此訪問也更迅速,

M階B+數特點

有n棵子樹的非葉子結點中含有n個關鍵字(b樹是n-1個),這些關鍵字不保存資料,只用來索引,所有資料都保存在葉子節點(b樹是每個關鍵字都保存資料),
所有的葉子結點中包含了全部關鍵字的資訊,及指向含這些關鍵字記錄的指標,且葉子結點本身依關鍵字的大小自小而大順序鏈接(葉子節點組成一個鏈表),
所有的非葉子結點可以看成是索引部分,結點中僅含其子樹中的最大(或最小)關鍵字,
通常在b+樹上有兩個頭指標,一個指向根結點,一個指向關鍵字最小的葉子結點,
同一個數字會在不同節點中重復出現,根節點的最大元素就是b+樹的最大元素,

B樹和B+樹的共同優點

考慮磁盤IO的影響,它相對于記憶體來說是很慢的,資料庫索引是存盤在磁盤上的,當資料量大時,就不能把整個索引全部加載到記憶體了,只能逐一加載每一個磁盤頁(對應索引樹的節點),所以我們要減少IO次數,對于樹來說,IO次數就是樹的高度,而“矮胖”就是b樹的特征之一,m的大小取決于磁盤頁的大小,

雖然查詢次數比二叉樹多,尤其當單一節點元素多時,但是相比磁盤IO速度,記憶體中的比較耗時幾乎可以忽略

所以只要樹的高度是夠低,IO次數是足夠少,就可以提升查找性能

IO:每一次讀取的資料稱之為一頁.

B樹與B+樹比較:

  • 同樣大小的磁盤頁B+樹可以容納更多的節點元素,也就意味著B+樹更矮胖,查詢時IO次數更少;
  • B+樹的查詢必須最終是葉子節點,而B-樹只要找到匹配元素即可,因此,B+樹查找性能穩定,B樹不穩定;
  • 范圍查詢簡便,所有的葉子結點使用有序鏈表相連,便于區間查找和遍歷.

B樹示意圖:

 

 

以下為 B+樹示意圖:

 

存盤引擎: MyISAM和InnoDB

在MySQL中,最常用的兩個存盤引擎是MyISAM和InnoDB,它們對索引的實作方式是不同的

MyISAMdata存的是資料地址,索引是索引,資料是資料,索引放在XX.MYI檔案中,資料放在XX.MYD檔案中,所以也叫非聚集索引

 

 

InnoDB: data存的是資料本身,索引也是資料,資料和索引存在一個XX.IDB檔案中,所以也叫聚集索引,

 

 我們的Mysql資料庫用的InnoDB,

了解了資料結構再看索引,一切都不費解了,只是順著邏輯推而已,另加兩種存盤引擎的區別:

1、MyISAM是非事務安全的,而InnoDB是事務安全的

2、MyISAM鎖的粒度是表級的,而InnoDB支持行級鎖

3、MyISAM支持全文型別索引,而InnoDB支持全文索引

4、MyISAM相對簡單,效率上要優于InnoDB,小型應用可以考慮使用MyISAM

5、MyISAM表保存成檔案形式,跨平臺使用更加方便

6、MyISAM管理非事務表,提供高速存盤和檢索以及全文搜索能力,如果在應用中執行大量select操作可選擇

7、InnoDB用于事務處理,具有ACID事務支持等特性,如果在應用中執行大量insert和update操作,可選擇,

 

 

 

 

 

參考文獻:

https://www.cnblogs.com/daguozb/p/8665506.html

https://www.cnblogs.com/Ash-ly/p/5459688.html

https://www.jianshu.com/p/f456d7c80ffb

https://blog.csdn.net/weixin_42228338/article/details/97684517

https://blog.csdn.net/zhuanzhe117/article/details/78039692

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