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第十单元 索引与视图

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1. 常见的数据结构

1. 栈(stack)

特点:先进后出,后进先出

 
 
2. 队列(Queue)

特点:先进先出

 
 
 
3. 数组(Array)


 

  • 查询速度快:通过地址值与索引可快速定位到数据
  • 删除效率低:删除数据后,要将每个数据前移
  • 添加效率极低:添加位置后,每个数据都后移,再添加数据。
 
4. 链表


 

  • 链接中的数据都是游离存储的,每个元素节点包含元素值与下一个元素的地址
  • 查询速度慢,因为每次查询都要通过head 指针依次查询
  • 添加,删除效率相对较高,因为只需要将指针重新指向新添加进来的元素,其他元素的位置不需要动。

 
 
5. 二叉树

二叉树,全名叫二叉搜索树。存入的数据以第一条数据为基准,小于放左,大于放右。

 

  • 只能有一个根节点,每个节点最多支持两个直接子节点
  • 节点的度:节点拥有的子数的个数。节点的度数不大于2,如果度数为0,则称为叶子节点或者终端节点。
  • 二叉树节点的深度:指从根节点到该节点的最长简单路径边的条数。
  • 二叉树节点的高度:指从该节点到叶子节点的最长简单路径边的条数。
 
缺点
虽然二叉树可以提高一些效率,但是面对节点多时,或者树的深度很高时,还是会面临着查找速度慢的情况,而且还很容易出现退化链表情况( 存放数据是有序 的时候)。
 
6. 平衡二叉树

数据结构在线地址: Data Structure Visualization (usfca.edu)
平衡二叉树是在满足二叉查找树的情况下,尽可能的让树的度数变低,以提高查询效率。

 
要求:任意节点的两个左右子树高度差不超过1,任意节点的左右子树都是一个平衡二叉树。

 
他底层在二叉树的基础上,对进行插入和删除操作时通过特定操作(如左旋转,右旋转等)保持二叉查找树的平衡,从而获得较高的查找性能。
  1. 什么是左旋转,右旋转呢?<br>左旋转:被旋转的节点从左侧上升到父节点<br>右旋转:被旋转的节点从右侧上升到父节点
复制代码
 
缺点:

  • 树的深度过高,还是查询慢
  • 无法解决回旋查找问题。
  • 添加节点效率过低,因为节点旋转有可能牵一发而动全身
 
7. 红黑树

红黑树是一种自平衡的二叉查找树,是计算机中用到的一种数据结构,1972年出现,当时又被称为“平衡二叉B树”。1978年被修改为“红黑树”。每一个节点可以是红或者黑;红黑树不是通过高度平衡的,它的平衡是通过“红黑规则”进行实现的。

 
红黑规则:

  • 每一个节点或是红色的,或者是黑色的,根节点必须是黑色。
  • 如果某一个节点是红色,那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连的情况)。
  • 对每一个节点,从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上,均包含相同数目的黑色节点。
  • 如果一个节点没有子节点或者父节点,则该节点的相应指针属性值为Null,这些Null视为叶节点,叶节点是黑色。
添加节点:

  • 添加的节点的颜色,可以是红色的,也可以是黑色的。
  • 默认用红色效率高。(调整节点的次数会相对减少)
红黑树增删改查性能都比较好。
相对于要求严格的AVL树来说,它的旋转次数变少,所以对于搜索、插入、删除操作多的情况下,我们就用红黑树。
 
缺点: 虽然红黑树的深度已经较二叉树有所提升,但是当数据量过大时,如上万或者上百万条数据时他是深度会随之变高。效率较慢,而且红黑树和二叉树都有一个问题,就是回旋查找。
 
回旋查找
红黑树笔记中的案例图,要找比 6 小的数,它需要先找到6的位置然后回旋回去找父节点7,然后7还要去找5,然后一级一级找出所有小于6的数据 ,这样就十分缓慢 。
 
8. B 树

B树又称为多路平衡树。(Balance Tree),也叫B-树,他在树的基础上对节点进行横向的拉伸
B-树有如下特点:
所有键值分布在整颗树中(索引值和具体data都在每个节点里);
任何一个关键字出现且只出现在一个结点中;
搜索有可能在非叶子结点结束(最好情况O(1)就能找到数据);
在关键字全集内做一次查找,性能逼近二分查找;

 
规则

  • 每个结点最多有m个棵子树(m 称为阶)
  • 除根结点外,其他每个分支结点至少有ceiling(m/2)棵子树 (ceiling 表示向上取整)
  • 根结点至少包含两棵子树(除非B树只包含一个结点)
  • 所有叶结点在同一层上,B树叶结点可以外成是外部结点,不包含任何信息。
  • 有j 个孩子的非叶子结点恰好有 j-1 个关键字(关键码),关键码按递增次序排列。
 
9. B+树

也是一种多路搜索树,和B树类似,B+树是B-树的变体,但对B树的基础上,做了一些改变,类似于C/C++。
 
一棵m阶的B+树主要有这些特点:
<ul  data-mark="-"><li >每个结点至多有m个子女;
<li >
非根节点关键值个数范围:ceiling⌈m/2⌉ - 1

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