Java数据结构与Java算法学习Day08---关于树的深度学习(简略笔记记录)
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2024-03-27 04:22:09

目录

一、平衡树 119

1.1 2-3查找树 119

1.1.1 2-结点和3-结点的含义 119 

1.1.2查找 120

1.2 2-3查找树的插入 121

1.2.1 向2-结点中插入新建 121

1.2.2向一棵树只含有一个3-结点的树中插入新建 121

1.2.3向一个父结点为2-结点的3-结点中插入新建 121 

1.2.4向一个父结点为3-结点的3-结点中插入新建 121

1.2.5分解根结点 121

1.3 2-3树的性质 122

1.4 2-3查找树的实现 122

二、红黑树 123

2.1红黑树的定义 123

2.2红黑树结点类API设计 124  

2.3平衡化 125

2.3.1左旋 

2.3.2左旋 

2.4向单个2-结点中插入新建 126

2.5向底部的2-结点插入新键 126

2.6颜色反转 126

2.7向一棵双键树(即一个3-结点)中插入新键 127

2.8根结点的颜色总是黑色 127

2.9向树底部的3-结点插入新键 127

2.10红黑树的代码实现 128

三、B-树 131

3.1B树的特性 131

3.2B树存储数据 132

2.3B树在磁盘文件中的应用 133

2.3.1磁盘 133

2.3.2磁盘IO 133

四、B+树 134

4.1B+树存储数据 134

4.2B树和B+树的对比 134

4.3B+树在数据库中的应用 135


一、平衡树 119

问题描述:结点9的查询效率比较高,但是查询结点1的时候,查询效率就会很低。

原因:结点1的深度太深了。 

解决问题方法:采取2-3查找树来解决树的不平衡问题。

1.1 2-3查找树 119

1.1.1 2-结点和3-结点的含义 119 

什么叫2-3查找树呢?

原因是:这种类型的查找树有两类,一种是2-结点和另外一种3-结点。

1.1.2查找 120

1.2 2-3查找树的插入 121

1.2.1 向2-结点中插入新建 121

步骤一:

根据二叉树的插入方法,先进行查找。如果查找到合适的位置。比如本案例如下,插入K。结果这个Z是在原来L结点的左子树上。

步骤二:

如果将K插入到L结点的左子树上,那么这个2-结点查找树就会被破坏平衡,所以采取将2-结点树变为3-结点树。

步骤三:和原来的结点进行比较,K小于结点L,所以需要放在L结点的左侧。如下图所示:

1.2.2向一棵树只含有一个3-结点的树中插入新建 121

1.2.3向一个父结点为2-结点的3-结点中插入新建 121 

1.2.4向一个父结点为3-结点的3-结点中插入新建 121

1.2.5分解根结点 121

 

1.3 2-3树的性质 122

解释:

1、参考下面的这个树,A、D、H、L结点下面有这八个都是空链接(叶子)。其到根节点E的路径长度都一样长。

2、参考1.2.4向一个父结点为3-结点的3-结点中插入新建。

3、也可以参考1.2.4。和普通二叉树的最大区别,也是为什么是2-3查找树是平衡树的原因。

1.4 2-3查找树的实现 122

二、红黑树 123

2.1红黑树的定义 123

红黑树是基于2-3查找树实现的。

注:

1、利用2-结点和一些额外的信息(就是标注链接的颜色)来表示2-3查找树。

2、红黑树的红色链接只能左斜,不能右斜。

链接:红链接和黑链接 

红黑树定义:

 注:

对定义3进行解释:之前1-3中的性质1:空连接到根节点的距离是相同的。

 红黑树和2-3树的对应关系:

2.2红黑树结点类API设计 124  

 

2.3平衡化 125

问题描述:如果进行对红黑树进行增删改查的操作后,会打破红黑树原有的平衡

解决方法:通过旋转进行修复,使得红黑树保持平衡

2.3.1左旋 

2.3.2左旋 

2.4向单个2-结点中插入新建 126

 

2.5向底部的2-结点插入新键 126

2.6颜色反转 126

解决办法:不能右侧存在红色链接,需要进行颜色反转,红色链接变为黑色,当前结点的链接变为红色。 

2.7向一棵双键树(即一个3-结点)中插入新键 127

 

注:不能同时都是左斜的,需要进行右旋 

 

 

 

2.8根结点的颜色总是黑色 127

根结点的颜色总是黑色的。平衡化后的结果,根结点链接总是黑色的。

2.9向树底部的3-结点插入新键 127

本部分看文档原理P23。

2.10红黑树的代码实现 128

本部分的代码实现在/tree/RedBlackTree中

左旋方法的实现:

 

 右旋方法的实现:

 颜色反转方法的实现:

 在整个树上完成插入操作:

 

根据key,从树中找到对应的值方法: 

三、B-树 131

3.1B树的特性 131

 

3.2B树存储数据 132

 

 

2.3B树在磁盘文件中的应用 133

2.3.1磁盘 133

2.3.2磁盘IO 133

 

注:

1、如果将数据存在内存当中,就会减少磁头寻找磁道的时间。

2、缺页异常:表示利用B树进行保存

3、主要是提升从磁盘上读取数据的一个效率

四、B+树 134

 

4.1B+树存储数据 134

B+树会自动的形成一个链表,插入过程的形成原理示意图如下所示:过程中也是用到B树自下向上的生长过程。

 

注:B+树实际上也是自下向上的生长。

4.2B树和B+树的对比 134

 

1、只存k 不存value,因此相比与B树,能够存更多的数据。

2、B+树遍历方便

4.3B+树在数据库中的应用 135

本部分看文档P35 

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