Java数据结构与算法10——2-3-4树

1)多叉树

多叉树如果树中的节点可以包含更多的识别数据项,可以有更多的子节点,那么这样的树就是多叉树。

2)2-3-4树是什么

2-3-4树是一种特殊的多叉树,跟红黑树一样,它也是一种平衡树,效率比
红黑树稍差,其名字的含义是:

  • 1)有一个识别数据项的节点可以有两个子节点
  • 2)有两个识别数据项的节点可以有三个子节点
  • 3)有三个识别数据项的节点可以有四个子节点

因此,2-3-4树的节点最多可以有四个子节点,所以也可以称为4叉树。

3)2-3-4树的数据组织规则

按照识别数据项分段存放 。

4)2-3-4树的实现和代码示例

4.1 搜索

2-3-4树的搜索算法跟二叉树搜索差不多,从根开始查找,判断要搜索的数据处于哪个区间,找到相应的字节点,判断是否匹配,否则重复这些动作。

4.2 插入

会有几种情况:

  • 1)插入到未满的叶节点里面,直接插入数据即可,顶多会引起同一节点内数据项的移动,以保持数据项的顺序
  • 2)插入到未满的子节点里面,子节点的编号就要发生变化,以此来保证树的结构
  • 3)插入到已满的节点中,这就需要做节点分裂,算法如下:
    step1.创建一个空节点,放置到分裂节点的右边
    step2.最大数据项移动到新节点,中间数据项移动到父节点,最小的数据项不动
    step3.重新设置最大和中间数据项的父子节点关系
  • 4)插入到已满的根节点中,这就需要做根节点分裂,算法如下:
    step1.创建一个空节点,作为分裂节点的父节点
    step2.再创建一个空节点,作为分裂节点的兄弟节点
    step3.最大数据项移动到新的兄弟节点中,中间数据项移动到新的父节点,最小的数据项不动
    step4.重新设置最大和中间数据项的父子节点关系

4.3 删除

这个需要做节点的合并和调整,比较复杂。由于没有太大的必要,因此建议采用最简单的做法:给删除节点打标记,然后在业务处理时跳过即可。

5)2-3-4树和红黑树的关系和转换规则

2-3-4树和红黑树是同构的,可转化为红黑树。

2-3-4树转换成红黑树的规则 :

  • 1)把只包含1个识别数据项和2个子节点的节点,转化为红黑树的黑色节点
  • 2)把只包含2个识别数据项和3个子节点的节点,转化成一个子节点和一个父节点,哪个节点做父或子都可以;子节点有两个自己的子节点,这两个子节点要求是原本相邻的子节点,父节点有另一个子节点,子节点涂成红色,父节点涂成黑色
  • 3)把只包含3个识别数据项和4个子节点的节点,转化成一个父节点,就是原本中间的识别数据项,两个子节点和四个孙子节点,原来前面的两个子节点作为最小项的子节点,原来后面的两个子节点作为最大项的子节点,子节点涂成红色,父节点涂成黑色

6)2-3-4树的效率

2-3-4树的效率 2-3-4树的层数比红黑树少,但每个节点的数据更多,因此其效率跟红黑树差不多,都是O(logN)。

参考

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