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多路查找树是一种优化传统二叉树的数据结构,通过提高节点的容量和效率来降低数据存储和查询复杂度。这种树的设计针对大量数据的存储和检索问题进行了优化。
二叉树在处理海量数据时存在以下问题:
多叉树(multiway tree)通过允许每个节点具有更多的数据项和子节点来解决这些问题。常见的多叉树类型包括2-3树、2-3-4树等。多叉树通过重新组织节点结构,显著减少树的高度,从而提升查询速度。
B树是一种广泛应用于文件存储和数据库系统的多路查找树。其核心特点是通过定期重新组织节点,降低树的高度和读取次数。每个节点的大小通常设置为磁盘的一个页面(如4KB),确保每次I/O操作可以一次性读取整个节点。B树的阶(M)设置为1024,这样对于最大存储空间(如600亿个元素),仅需4次I/O操作即可读取目标元素。
B树的搜索过程如下:
2-3树是B树中最简单的变体。其特点包括:
下面是构建2-3树的示例:
B+树是一种变体,用于提高文件系统和数据库的性能。其特点包括:
B+树的结构优化了磁盘预读原理,通过增加非叶子节点的最小键值数量,提升数据存储和检索效率。
B*树是B+树的一种变体,其特点包括:
B*树在存储层面优化了空间利用率,同时保持了与B+树相同的查找性能。
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