[数据结构]二叉搜索树(BST) VS 平衡二叉排序树(AVL) VS B树(平衡多路搜索树) VS B+树 VS 红黑树(平衡二叉B树)

2023-06-15,,

1 二叉排序树/二叉查找树/Binary Sort Tree

1种对排序和查找都很有用的特殊二叉树
叉排序树的弊端的解决方案:平衡二叉树
二叉排序树必须满足的3条性质(或是具有如下特征的二叉树)
若它的左子树不为空,则:左子树上所有结点的值< 它根结点的值
若它的右子树不为空,则:右子树上所有结点的值 > 它根结点的值
它的左子树、右子树也分别为二叉排序树(递归性)

(按照如上定义,即:

1 无键值相等的结点

2 中序遍历一颗二叉树时,可得一个结点值递增的有序序列)

2 平衡二叉排序树/Balanced Binary Tree/Adelson-Velskii & Landis

1种结构平衡的二叉搜索树(即 叶节点高度差的绝对值不超过1)
平衡因子:AVL树中左子树与右子树的深度之差只能为-1、0、1
AVL树的平衡调整方法:LL、RR、LR、RL(为了保证平衡,需付出一定代价)
平衡二叉树的3条性质:(AVL树or空树,或是具有如下特征的二叉排序树(BST))
左子树必须为平衡二叉树
右子树必须为平衡二叉树
|左子树深度-右子树深度|≤1

3 B树

1种平衡的多路搜索树,多用于文件系统、数据库的实现
缺点
在查询单条数据是非常快的。但如果范围查的话,b树每次都要从根节点查询一遍。
提出者
最早是由德国计算机科学家Rudolf Bayer等人于1972年在论文 《Organization and Maintenance of Large Ordered Indexes》提出的
结点的结构图↓

1棵m阶的B树,或为空树,或为满足下列特性的m叉树:

若根结点不是叶子结点,则:有≥2棵子树
树中每个结点有≤m棵子树 (m叉树的性质)
所有的非终端结点有≤m-1个关键字。
除根结点外的所有非终端结点有≥「m/2」棵子树
所有的叶子结点都出现在同一层次上,并且不带信息(即 失败结点)

(实质上,失败结点并不存在,指向此类结点的指针为空,引入失败结点是为便于分析B树的查找性能)

4 B+树

1种B树的变形树,更适合用于文件索引系统。
实际应用:MySQL的存储引擎InnoDB/MyISAM均利用B+树建立索引。(MYSQL-Console:SHOW INDEX FROM tableName)
m阶B+树与m阶B树的差异
含有n个关键字的结点必含有n棵子树;
所有的【非叶子节点/非终端结点】:可看成是索引部分,结点中仅含有其子树(根结点)中的最大(或最小)关键字
所有的【叶子结点/终端节点】:包含了全部关键字的信息,以及指向含这些关键字记录的指针,且叶子结点本身依靠关键字的大小自小而大顺序连接;

5 红黑树/平衡二叉B树

别称:平衡二叉B树,1种自平衡的二叉搜索树
实际应用:HashMap等Java的JDK源码实现
红黑树必须满足的5条性质
节点必为Red or Black
根节点必为Black
叶子节点必为Black
Red节点的子节点(父节点)必为Black (即 从根节点到叶子节点的所有路径上不能有2个连续的Red节点)
从任一节点到叶子节点的所有路径都包含相同数目的Black节点
比起AVL树(平衡二叉树),红黑树的特点↓

文献

参考:《数据结构(严蔚敏/吴伟民 - C语言 - 第2版)》
推荐:数据结构之B+树 - 网络博客

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