二叉树、B树、B+树、红黑树

本文详细介绍了四种重要的数据结构:二叉树,包括完全二叉树、满二叉树和平衡二叉树的概念;红黑树,作为自平衡二叉查找树,其特性、插入与删除操作的处理;B树,一种多路查找树,插入和删除的关键步骤;以及B+树,B树的升级版,特别适合文件管理和索引,对比了B树与B+树的区别和优劣。

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一、二叉树

定义:即每个结点都最多只有两个子结点的树

        

 完全二叉树:高度为k的二叉树,其1~h-1层为满结点,且其h层(叶子结点层)的节点从左至右依次排列(最多2^h-1个,最少0个)

           

满二叉树:除最后一层外,每个结点都有左右子结点的二叉树

            

平衡二叉树:任一结点的左右子树的高度差绝对值不超过1,且左右子树均为平衡二叉树(防止树退化成链表)

                        

二、红黑树

本质:自平衡二叉树

在二叉查找树基础

### 不同类型结构的特点与区别 #### 二叉树特点 一棵空,或者是具有特定性质的二叉树:如果左子非空,则左子上所有结点的值均小于根结点的值;若右子非空,则右子上所有结点的值均大于根结点的值。而且,左、右子也各自构成二叉排序[^2]。 #### 红黑树特性 红黑树是一种自平衡二叉搜索,在保持基本二叉搜索特性的基础上引入了颜色标记(红色或黑色),并通过一系列严格规定来确保任何路径从根到叶节点所经过的黑色节点数目相同,以此维持近似平衡状态,从而保障操作时间复杂度接近对数级O(log N)[^1]。 #### B特征 作为一种多路查找,B通过允许每个内部节点拥有多个键值以及两个以上的孩子节点实现了更高效的磁盘读写优化。具体而言,B能够保证任意一条由根至叶子节点路径上的节点数量大致相等,并且支持动态调整以维护这种平衡性,进而使各种操作的时间复杂度稳定在O(log N)范围内[^4]。 #### B+特色 作为B的一种变体,B+不仅继承了前者的优势,还进一步改进了范围查询性能——所有的关键字都存储在叶子层中形成有序链表连接起来,这使得区间扫描变得非常高效。此外,由于非叶子节点仅保存用于索引引导的信息而不含实际数据项,因此可以容纳更多指针指向其他下一层节点,提高了扇出率并减少了访问次数。 ```python class Node: def __init__(self, value=None): self.value = value self.left_child = None self.right_child = None def insert(root, key): if not root: return Node(key) elif key < root.value: root.left_child = insert(root.left_child, key) else: root.right_child = insert(root.right_child, key) # Code continues with balancing logic... ```
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