面试题——红黑树,B树、B+树

本文深入探讨了红黑树、B树和B+树的数据结构特性,包括它们的使用场景和优缺点。红黑树用于Java中的TreeSet和HashMap,其复杂性在于保持树的平衡以提高搜索效率。B树常见于文件系统的索引,多路存储特点适应硬盘查找。B+树是B树的变种,适用于数据库索引,其所有数据存储在叶子节点并用链表连接,利于范围查询。数据库通常选择B+树,因为它具有较低的树高度,减少了磁盘IO次数,提高了查询速度。

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一、红黑树

1、红黑树的特性

  1. 每个节点或者是黑色,或者是红色。
  2. 根节点是黑色。
  3. 每个叶子节点(NIL)是黑色。 [注意:这里叶子节点,是指为空(NIL或NULL)的叶子节点!]
  4. 如果一个节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的。
  5. 从一个节点到该节点的子孙节点的所有路径上包含相同数目的黑节点。[这里指到叶子节点的路径]
    包含n个内部节点的红黑树的高度是 O(log(n)).
    如图:
    红黑树
    2、红黑树的使用场景
    java中使用到红黑树的有TreeSet和JDK1.8的HashMap。
    但是问题来了,为什么要使用红黑树,红黑树的插入和删除都要满足以上5个特性,而作非常复杂的操作。
    原因:
    红黑树是一种平衡树,他复杂的定义和规则都是为了保证树的平衡性。如果树不保证他的平衡性就是下图:很显然这就变成一个链表了。
    链表
    保证平衡性的最大的目的就是降低树的高度,因为树的查找性能取决于树的高度。所以树的高度越低搜索的效率越高!
    这也是为什么存在二叉树、搜索二叉树等,各类树的目的
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