基本概念
(a,b)树是一种多路搜索树,其中每个节点可以拥有多个子节点。参数a和b定义了节点的子节点数量的范围,其中a是节点的最小子节点数量,b是节点的最大子节点数量。 通常,a的值至少为2,b的值至少为2a-1。
一个 (a,b) 树的所有叶子节点都在同一深度,保证了树的平衡性,从而确保了各种操作的时间复杂度为 O(log n),其中n是树中节点的总数。
节点结构
内部节点包含键和指向子节点的指针。内部节点的键数量通常比子节点的数量少1。 例如,如果一个内部节点有三个子节点,那么它将包含两个键。
叶子节点包含实际的数据记录。叶子节点中的键数量的范围也受到a和b的限制。
操作
查找: 从根节点开始,根据搜索键的值在节点的键中查找。 如果找到匹配的键,则查找结束。如果没有找到,则根据键的值选择合适的子节点,并递归地搜索该子树。这个过程会一直持续到叶子节点,要么找到匹配的键,要么确定键不存在。
插入: 在(a,b)树中插入一个新键值对需要找到合适的叶子节点,将新键插入到该叶子节点中。如果叶子节点已满(超过b-1个键),则需要进行分裂。 分裂操作会将叶子节点分成两个节点,并将中间键上移到父节点。 可能会导致父节点也需要分裂,该过程会一直向上递归,直到根节点或者没有节点可以分裂为止。 可能会导致树的高度增加。
删除: 删除操作首先需要在树中找到要删除的键。如果键存在于叶子节点中,则将其删除。如果删除后叶子节点中的键的数量少于a-1个,则需要进行合并或者从兄弟节点借键。 节点合并可能会导致父节点也需要合并, 该过程会一直向上递归,直到根节点或者没有节点可以合并为止。 可能会导致树的高度减少。
性质
- 所有叶节点都在同一层。
- 除根节点外,所有内部节点至少有a个子节点。
- 每个节点最多有b个子节点。
- 根节点至少有两个子节点,除非它本身是一个叶节点。
- 节点中的键按升序排列。
应用
(a,b)树广泛应用于数据库索引、文件系统和各种需要快速查找、插入和删除操作的场景中。由于其良好的性能和平衡性,它成为许多系统中的关键数据结构。
结论
(a,b)树是一种重要的平衡搜索树,其高效的特性使其成为许多计算机系统中的关键组件。 通过保持树的平衡性,(a,b)树能够提供快速的数据访问,是处理大量数据时理想的选择。