2021/07/18

各种树

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二叉查找树 BST

二叉查找树(英语:Binary Search Tree),也称为二叉查找树、有序二叉树(ordered binary tree)或排序二叉树(sorted binary tree),是指一棵空树或者具有下列性质的二叉树:

  1. 若任意节点的左子树不空,则左子树上所有节点的值均小于它的根节点的值;
  2. 若任意节点的右子树不空,则右子树上所有节点的值均大于它的根节点的值;
  3. 任意节点的左、右子树也分别为二叉查找树;

二叉查找树相比于其他数据结构的优势在于查找、插入的时间复杂度较低。为{\displaystyle O(\log n)}O(\log n)。二叉查找树是基础性数据结构,用于构建更为抽象的数据结构,如集合、多重集、关联数组等。

二叉查找树的查找过程和次优二叉树类似,通常采取二叉链表作为二叉查找树的存储结构。中序遍历二叉查找树可得到一个关键字的有序序列,一个无序序列可以透过建构一棵二叉查找树变成一个有序序列,建构树的过程即为对无序序列进行查找的过程。每次插入的新的结点都是二叉查找树上新的叶子结点,在进行插入操作时,不必移动其它结点,只需改动某个结点的指针,由空变为非空即可。搜索、插入、删除的复杂度等于树高,期望{\displaystyle O(\log n)}O(\log n),最坏退化为偏斜二叉树{\displaystyle O(n)}O(n)。对于可能形成偏斜二叉树的问题可以经由树高改良后的平衡树将搜索、插入、删除的时间复杂度都维持在{\displaystyle O(\log n)}O(\log n),如AVL树、红黑树等。

B+ 树

B+ 树是一种树数据结构,通常用于数据库和操作系统的文件系统中。B+ 树的特点是能够保持数据稳定有序,其插入与修改拥有较稳定的对数时间复杂度。B+ 树元素自底向上插入,这与二叉树恰好相反。

B+ 树在节点访问时间远远超过节点内部访问时间的时候,比可作为替代的实现有着实在的优势。这通常在多数节点在次级存储比如硬盘中的时候出现。通过最大化在每个内部节点内的子节点的数目减少树的高度,平衡操作不经常发生,而且效率增加了。这种价值得以确立通常需要每个节点在次级存储中占据完整的磁盘块或近似的大小。

B+ 背后的想法是内部节点可以有在预定范围内的可变量目的子节点。因此,B+ 树不需要像其他自平衡二叉查找树那样经常的重新平衡。对于特定的实现在子节点数目上的低和高边界是固定的。例如,在 2-3 B 树(常简称为2-3 树)中,每个内部节点只可能有 2 或 3 个子节点。如果节点有无效数目的子节点则被当作处于违规状态。

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