B Pohon

0
(0)

B-tree

Dalam tutorial ini, Anda akan mempelajari apa itu B-tree. Selain itu, Anda akan menemukan contoh kerja operasi pencarian pada pohon-B di C, C ++, Java dan Python.

B-tree adalah tipe khusus dari pohon pencarian self-balancing di mana setiap node dapat berisi lebih dari satu kunci dan dapat memiliki lebih dari dua anak. Ini adalah bentuk umum dari pohon pencarian biner.

Ia juga dikenal sebagai pohon m-way dengan ketinggian seimbang.

Contoh B-tree
B-tree

Mengapa B-tree?

Kebutuhan akan B-tree muncul seiring dengan meningkatnya kebutuhan akan waktu yang lebih singkat dalam mengakses media penyimpanan fisik seperti hard disk. Perangkat penyimpanan sekunder lebih lambat dengan kapasitas yang lebih besar. Ada kebutuhan untuk jenis struktur data yang meminimalkan akses disk.

Struktur data lain seperti pohon pencarian biner, pohon avl, pohon merah-hitam, dll hanya dapat menyimpan satu kunci dalam satu node. Jika Anda harus menyimpan kunci dalam jumlah besar, maka ketinggian pohon tersebut menjadi sangat besar dan waktu akses bertambah.

Namun, B-tree dapat menyimpan banyak kunci dalam satu node dan dapat memiliki beberapa node turunan. Ini mengurangi ketinggian secara signifikan sehingga memungkinkan akses disk lebih cepat.


Properti B-tree

  1. Untuk setiap node x, kunci disimpan dalam urutan yang meningkat.
  2. Di setiap node, ada nilai boolean x. daun yang benar jika x adalah daun.
  3. Jika n adalah urutan pohon, setiap node internal dapat memuat paling banyak n – 1 kunci bersama dengan penunjuk ke setiap anak.
  4. Setiap node kecuali root dapat memiliki paling banyak n anak dan setidaknya n / 2 anak-anak.
  5. Semua daun memiliki kedalaman yang sama (yaitu tinggi-h pohon).
  6. Akar memiliki setidaknya 2 anak dan berisi minimal 1 kunci.
  7. Jika n ≥ 1, lalu untuk setiap pohon-B kunci-n dengan tinggi h dan derajat minimum t ≥ 2, h ≥ logt (n+1)/2.

Operasi

Mencari

Mencari elemen dalam B-tree adalah bentuk umum dari pencarian elemen dalam Binary Search Tree. Langkah-langkah berikut diikuti.

  1. Mulai dari simpul akar, bandingkan k dengan kunci pertama dari simpul tersebut.
    Jika k = the first key of the node, kembalikan node dan indeks.
  2. Jika k.leaf = true, kembali BATAL (yaitu tidak ditemukan).
  3. Jika k < the first key of the root node, telusuri anak kiri kunci ini secara rekursif.
  4. Jika ada lebih dari satu kunci di node saat ini dan k > the first key, bandingkan k dengan kunci berikutnya di node.
    Jika k < next key, cari anak kiri kunci ini (mis. k terletak di antara tombol pertama dan kedua).
    Lain, cari anak kunci yang tepat.
  5. Ulangi langkah 1 hingga 4 hingga daunnya tercapai.

Contoh Pencarian

  1. Mari kita cari kunci k = 17 di pohon di bawah derajat 3.
    B-tree
    B-tree
  2. k tidak ditemukan di root jadi, bandingkan dengan kunci root.

    Tidak ditemukan di simpul akar
    k tidak ditemukan pada simpul akar
  3. Sejak k > 11, pergi ke anak kanan dari simpul akar.
    Pergi ke subtree kanan
    Pergi ke subtree kanan
  4. Bandingkan k dengan 16. Sejak k > 16, bandingkan k dengan kunci berikutnya 18.
    Bandingkan dengan tuts dari kiri ke kanan
    Bandingkan dengan tuts dari kiri ke kanan
  5. Sejak k < 18, k terletak antara 16 dan 18. Cari di anak kanan 16 atau anak kiri 18.
    k terletak di antara 16 dan 18
    k terletak di antara 16 dan 18
  6. k ditemukan.
    k ditemukan
    k ditemukan

Algoritma untuk Mencari Elemen

BtreeSearch(x, k)
 i = 1
 while i ≤ n[x] and k ≥ keyi[x]        // n[x] means number of keys in x node
    do i = i + 1
if i  n[x] and k = keyi[x]
    then return (x, i)
if leaf [x]
    then return NIL
else
    return BtreeSearch(ci[x], k)

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang operasi B-tree yang berbeda, silakan kunjungi

  • Penyisipan di B-tree
  • Penghapusan pada B-tree

Contoh Python, Java dan C / C ++

Python
Jawa
C
C ++
# Searching a key on a B-tree in Python


# Create node
class BTreeNode:
    def __init__(self, leaf=False):
        self.leaf = leaf
        self.keys = []
        self.child = []


class BTree:
    def __init__(self, t):
        self.root = BTreeNode(True)
        self.t = t

    # Print the tree
    def print_tree(self, x, l=0):
        print("Level ", l, " ", len(x.keys), end=":")
        for i in x.keys:
            print(i, end=" ")
        print()
        l += 1
        if len(x.child) > 0:
            for i in x.child:
                self.print_tree(i, l)

    # Search key
    def search_key(self, k, x=None):
        if x is not None:
            i = 0
            while i < len(x.keys) and k > x.keys[i][0]:
                i += 1
            if i < len(x.keys) and k == x.keys[i][0]:
                return (x, i)
            elif x.leaf:
                return None
            else:
                return self.search_key(k, x.child[i])
        else:
            return self.search_key(k, self.root)

    # Insert the key
    def insert_key(self, k):
        root = self.root
        if len(root.keys) == (2 * self.t) - 1:
            temp = BTreeNode()
            self.root = temp
            temp.child.insert_key(0, root)
            self.split(temp, 0)
            self.insert_non_full(temp, k)
        else:
            self.insert_non_full(root, k)

    # Insert non full condition
    def insert_non_full(self, x, k):
        i = len(x.keys) - 1
        if x.leaf:
            x.keys.append((None, None))
            while i >= 0 and k[0] < x.keys[i][0]:
                x.keys[i + 1] = x.keys[i]
                i -= 1
            x.keys[i + 1] = k
        else:
            while i >= 0 and k[0] < x.keys[i][0]:
                i -= 1
            i += 1
            if len(x.child[i].keys) == (2 * self.t) - 1:
                self.split(x, i)
                if k[0] > x.keys[i][0]:
                    i += 1
            self.insert_non_full(x.child[i], k)

    # Split
    def split(self, x, i):
        t = self.t
        y = x.child[i]
        z = BTreeNode(y.leaf)
        x.child.insert_key(i + 1, z)
        x.keys.insert_key(i, y.keys[t - 1])
        z.keys = y.keys[t: (2 * t) - 1]
        y.keys = y.keys[0: t - 1]
        if not y.leaf:
            z.child = y.child[t: 2 * t]
            y.child = y.child[0: t - 1]


def main():
    B = BTree(3)

    for i in range(10):
        B.insert_key((i, 2 * i))

    B.print_tree(B.root)

    if B.search_key(8) is not None:
        print("nFound")
    else:
        print("nNot found")


if __name__ == '__main__':
    main()


// Searching a key on a B-tree in Java 

public class BTree {

  private int T;

  // Node creation
  public class Node {
    int n;
    int key[] = new int[2 * T - 1];
    Node child[] = new Node[2 * T];
    boolean leaf = true;

    public int Find(int k) {
      for (int i = 0; i < this.n; i++) {
        if (this.key[i] == k) {
          return i;
        }
      }
      return -1;
    };
  }

  public BTree(int t) {
    T = t;
    root = new Node();
    root.n = 0;
    root.leaf = true;
  }

  private Node root;

  // Search key
  private Node Search(Node x, int key) {
    int i = 0;
    if (x == null)
      return x;
    for (i = 0; i < x.n; i++) {
      if (key < x.key[i]) {
        break;
      }
      if (key == x.key[i]) {
        return x;
      }
    }
    if (x.leaf) {
      return null;
    } else {
      return Search(x.child[i], key);
    }
  }

  // Splitting the node
  private void Split(Node x, int pos, Node y) {
    Node z = new Node();
    z.leaf = y.leaf;
    z.n = T - 1;
    for (int j = 0; j < T - 1; j++) {
      z.key[j] = y.key[j + T];
    }
    if (!y.leaf) {
      for (int j = 0; j < T; j++) {
        z.child[j] = y.child[j + T];
      }
    }
    y.n = T - 1;
    for (int j = x.n; j >= pos + 1; j--) {
      x.child[j + 1] = x.child[j];
    }
    x.child[pos + 1] = z;

    for (int j = x.n - 1; j >= pos; j--) {
      x.key[j + 1] = x.key[j];
    }
    x.key[pos] = y.key[T - 1];
    x.n = x.n + 1;
  }

  // Inserting a value
  public void Insert(final int key) {
    Node r = root;
    if (r.n == 2 * T - 1) {
      Node s = new Node();
      root = s;
      s.leaf = false;
      s.n = 0;
      s.child[0] = r;
      Split(s, 0, r);
      insertValue(s, key);
    } else {
      insertValue(r, key);
    }
  }

  // Insert the node
  final private void insertValue(Node x, int k) {

    if (x.leaf) {
      int i = 0;
      for (i = x.n - 1; i >= 0 && k < x.key[i]; i--) {
        x.key[i + 1] = x.key[i];
      }
      x.key[i + 1] = k;
      x.n = x.n + 1;
    } else {
      int i = 0;
      for (i = x.n - 1; i >= 0 && k < x.key[i]; i--) {
      }
      ;
      i++;
      Node tmp = x.child[i];
      if (tmp.n == 2 * T - 1) {
        Split(x, i, tmp);
        if (k > x.key[i]) {
          i++;
        }
      }
      insertValue(x.child[i], k);
    }

  }

  public void Show() {
    Show(root);
  }

  // Display
  private void Show(Node x) {
    assert (x == null);
    for (int i = 0; i < x.n; i++) {
      System.out.print(x.key[i] + " ");
    }
    if (!x.leaf) {
      for (int i = 0; i < x.n + 1; i++) {
        Show(x.child[i]);
      }
    }
  }

  // Check if present
  public boolean Contain(int k) {
    if (this.Search(root, k) != null) {
      return true;
    } else {
      return false;
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    BTree b = new BTree(3);
    b.Insert(8);
    b.Insert(9);
    b.Insert(10);
    b.Insert(11);
    b.Insert(15);
    b.Insert(20);
    b.Insert(17);

    b.Show();

    if (b.Contain(12)) {
      System.out.println("nfound");
    } else {
      System.out.println("nnot found");
    }
    ;
  }
}

// Searching a key on a B-tree in C

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAX 3
#define MIN 2

struct BTreeNode {
  int val[MAX + 1], count;
  struct BTreeNode *link[MAX + 1];
};

struct BTreeNode *root;

// Create a node
struct BTreeNode *createNode(int val, struct BTreeNode *child) {
  struct BTreeNode *newNode;
  newNode = (struct BTreeNode *)malloc(sizeof(struct BTreeNode));
  newNode->val[1] = val;
  newNode->count = 1;
  newNode->link[0] = root;
  newNode->link[1] = child;
  return newNode;
}

// Insert node
void insertNode(int val, int pos, struct BTreeNode *node,
        struct BTreeNode *child) {
  int j = node->count;
  while (j > pos) {
    node->val[j + 1] = node->val[j];
    node->link[j + 1] = node->link[j];
    j--;
  }
  node->val[j + 1] = val;
  node->link[j + 1] = child;
  node->count++;
}

// Split node
void splitNode(int val, int *pval, int pos, struct BTreeNode *node,
         struct BTreeNode *child, struct BTreeNode **newNode) {
  int median, j;

  if (pos > MIN)
    median = MIN + 1;
  else
    median = MIN;

  *newNode = (struct BTreeNode *)malloc(sizeof(struct BTreeNode));
  j = median + 1;
  while (j <= MAX) {
    (*newNode)->val[j - median] = node->val[j];
    (*newNode)->link[j - median] = node->link[j];
    j++;
  }
  node->count = median;
  (*newNode)->count = MAX - median;

  if (pos <= MIN) {
    insertNode(val, pos, node, child);
  } else {
    insertNode(val, pos - median, *newNode, child);
  }
  *pval = node->val[node->count];
  (*newNode)->link[0] = node->link[node->count];
  node->count--;
}

// Set the value
int setValue(int val, int *pval,
           struct BTreeNode *node, struct BTreeNode **child) {
  int pos;
  if (!node) {
    *pval = val;
    *child = NULL;
    return 1;
  }

  if (val < node->val[1]) {
    pos = 0;
  } else {
    for (pos = node->count;
       (val < node->val[pos] && pos > 1); pos--)
      ;
    if (val == node->val[pos]) {
      printf("Duplicates are not permittedn");
      return 0;
    }
  }
  if (setValue(val, pval, node->link[pos], child)) {
    if (node->count < MAX) {
      insertNode(*pval, pos, node, *child);
    } else {
      splitNode(*pval, pval, pos, node, *child, child);
      return 1;
    }
  }
  return 0;
}

// Insert the value
void insert(int val) {
  int flag, i;
  struct BTreeNode *child;

  flag = setValue(val, &i, root, &child);
  if (flag)
    root = createNode(i, child);
}

// Search node
void search(int val, int *pos, struct BTreeNode *myNode) {
  if (!myNode) {
    return;
  }

  if (val < myNode->val[1]) {
    *pos = 0;
  } else {
    for (*pos = myNode->count;
       (val < myNode->val[*pos] && *pos > 1); (*pos)--)
      ;
    if (val == myNode->val[*pos]) {
      printf("%d is found", val);
      return;
    }
  }
  search(val, pos, myNode->link[*pos]);

  return;
}

// Traverse then nodes
void traversal(struct BTreeNode *myNode) {
  int i;
  if (myNode) {
    for (i = 0; i < myNode->count; i++) {
      traversal(myNode->link[i]);
      printf("%d ", myNode->val[i + 1]);
    }
    traversal(myNode->link[i]);
  }
}

int main() {
  int val, ch;

  insert(8);
  insert(9);
  insert(10);
  insert(11);
  insert(15);
  insert(16);
  insert(17);
  insert(18);
  insert(20);
  insert(23);

  traversal(root);

  printf("n");
  search(11, &ch, root);
}

// Searching a key on a B-tree in C++

#include <iostream>
using namespace std;

class TreeNode {
  int *keys;
  int t;
  TreeNode **C;
  int n;
  bool leaf;

   public:
  TreeNode(int temp, bool bool_leaf);

  void insertNonFull(int k);
  void splitChild(int i, TreeNode *y);
  void traverse();

  TreeNode *search(int k);

  friend class BTree;
};

class BTree {
  TreeNode *root;
  int t;

   public:
  BTree(int temp) {
    root = NULL;
    t = temp;
  }

  void traverse() {
    if (root != NULL)
      root->traverse();
  }

  TreeNode *search(int k) {
    return (root == NULL) ? NULL : root->search(k);
  }

  void insert(int k);
};

TreeNode::TreeNode(int t1, bool leaf1) {
  t = t1;
  leaf = leaf1;

  keys = new int[2 * t - 1];
  C = new TreeNode *[2 * t];

  n = 0;
}

void TreeNode::traverse() {
  int i;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    if (leaf == false)
      C[i]->traverse();
    cout << " " << keys[i];
  }

  if (leaf == false)
    C[i]->traverse();
}

TreeNode *TreeNode::search(int k) {
  int i = 0;
  while (i < n && k > keys[i])
    i++;

  if (keys[i] == k)
    return this;

  if (leaf == true)
    return NULL;

  return C[i]->search(k);
}

void BTree::insert(int k) {
  if (root == NULL) {
    root = new TreeNode(t, true);
    root->keys[0] = k;
    root->n = 1;
  } else {
    if (root->n == 2 * t - 1) {
      TreeNode *s = new TreeNode(t, false);

      s->C[0] = root;

      s->splitChild(0, root);

      int i = 0;
      if (s->keys[0] < k)
        i++;
      s->C[i]->insertNonFull(k);

      root = s;
    } else
      root->insertNonFull(k);
  }
}

void TreeNode::insertNonFull(int k) {
  int i = n - 1;

  if (leaf == true) {
    while (i >= 0 && keys[i] > k) {
      keys[i + 1] = keys[i];
      i--;
    }

    keys[i + 1] = k;
    n = n + 1;
  } else {
    while (i >= 0 && keys[i] > k)
      i--;

    if (C[i + 1]->n == 2 * t - 1) {
      splitChild(i + 1, C[i + 1]);

      if (keys[i + 1] < k)
        i++;
    }
    C[i + 1]->insertNonFull(k);
  }
}

void TreeNode::splitChild(int i, TreeNode *y) {
  TreeNode *z = new TreeNode(y->t, y->leaf);
  z->n = t - 1;

  for (int j = 0; j < t - 1; j++)
    z->keys[j] = y->keys[j + t];

  if (y->leaf == false) {
    for (int j = 0; j < t; j++)
      z->C[j] = y->C[j + t];
  }

  y->n = t - 1;
  for (int j = n; j >= i + 1; j--)
    C[j + 1] = C[j];

  C[i + 1] = z;

  for (int j = n - 1; j >= i; j--)
    keys[j + 1] = keys[j];

  keys[i] = y->keys[t - 1];
  n = n + 1;
}

int main() {
  BTree t(3);
  t.insert(8);
  t.insert(9);
  t.insert(10);
  t.insert(11);
  t.insert(15);
  t.insert(16);
  t.insert(17);
  t.insert(18);
  t.insert(20);
  t.insert(23);

  cout << "The B-tree is: ";
  t.traverse();

  int k = 10;
  (t.search(k) != NULL) ? cout << endl
                 << k << " is found"
              : cout << endl
                 << k << " is not Found";

  k = 2;
  (t.search(k) != NULL) ? cout << endl
                 << k << " is found"
              : cout << endl
                 << k << " is not Foundn";
}


Mencari Kompleksitas di Pohon B.

Kasus terburuk Kompleksitas waktu: Θ(log n)

Kasus rata-rata Kompleksitas waktu: Θ(log n)

Kasus terbaik Kompleksitas waktu: Θ(log n)

Kasus rata-rata Kompleksitas ruang: Θ(n)

Kasus terburuk Kompleksitas ruang: Θ(n)


Aplikasi Pohon B

  • database dan sistem file
  • untuk menyimpan blok data (media penyimpanan sekunder)
  • pengindeksan bertingkat

How useful was this post?

Click on a star to rate it!

Average rating 0 / 5. Vote count: 0

No votes so far! Be the first to rate this post.


Notice: ob_end_flush(): failed to send buffer of zlib output compression (0) in /home/breatgem/widiyanata.com/wp-includes/functions.php on line 4755