如果我要用b树实现内存中(RAM)搜索操作,那么与二叉树相比,在缓存或其他一些效果方面会更好吗?
我所知道的是-

binary search tress---O(log n)
btrees ---------------O(c log n)
各种博客上对此进行了大量讨论。

最佳答案

算法复杂度是相同的,因为O(logb n)= O(c log n)= O(log n),但是隐藏在big-O表示法中的常数因子可能会显着变化,具体取决于实现方式和硬件。

B树设计用于磁盘硬盘,具有很大的访问时间(将磁头移动到适当的位置),然后读取整个物理扇区。使B树节点与扇区一样大可以最大程度地减少访问次数,并使每次读取操作中的有用数据最大化。

但是,如果您的内存不足,则访问时间可以忽略不计,因此更好的比较方法是计算算法访问的单个单词的数量。

例如,让我们计划一个数据结构来存储220个密钥,每个密钥1个字,在32位计算机上总共存储4MiB的原始数据。

二进制搜索树将具有220个节点,每个节点拥有一个键和两个指针(3个单词)。深度将为log2(220)=20。平均搜索将必须从其路径中的每个节点(从根开始一直向下)= 40个单词读取密钥和指针之一。

用于硬盘的B树将具有4kB节点。每个节点可以在内部存储为键和指针对的排序数组,在​​其中256和512之间。平均搜索会是什么样子?考虑平均3/4填充,每个节点将包含384个条目,并且其内部二进制搜索将必须平均访问log2(384)= 5.95键。平均深度将为log384(220)= 2.33,因此我们的搜索将平均需要读取2.33乘以5.95键,或大约 14个单词

在低扇出(分支因子)B树的情况下,每个节点保持16至32个键,平均填充将为24个键,平均深度log24(220)= 4.36,在每个节点中进行二进制搜索将进行log2(24)= 4.58的比较,整个平均搜索将不得不阅读 20个单词

请记住,最后两个数据结构比二叉树获得更好的结果,因为它们通过修改来优化读取操作。要将密钥插入这些B树之一中,您平均必须重写整个384字或24字节点(如果不超过一个),而在二叉树的情况下,写操作仍只需要最多触摸40个字。

(以前我错了。感谢@virco和@Groo指出了我在评论中的错误。)

无论如何,似乎只有内存的B树具有低扇出appear to perform better than binary trees in practice

对于当前的32位和64位体系结构,每个节点32个密钥似乎是一个最佳选择。许多较新的语言和库都使用32键B树作为内置数据结构,内置数据结构,或将其替换为哈希表和数组。这种用法是由Clojure和其他功能语言带头的,但后来被更主流的语言(如Javascript)所采用,最近的重点是不可变数据结构(例如Immutable.js)。

不仅可以通过计算从内存中读取的字数来说明该结果,还可以通过缓存未命中来解释缓存的丢失,这是导致CPU停顿并等待RAM的读取操作。如果缓存体系结构一次可以获取包含整个B树节点的RAM块,那么我们将获得与成功用于基于磁盘的大容量存储相同的优化。

对于硬盘优化的数据结构,我们将使用B树,其节点的大小与物理磁盘扇区一样大,以最大程度地减少磁盘访问时间。在这种情况下,我们使用B树,其节点的大小与3级缓存针对RAM所执行的读取操作一样大,以最大程度地减少缓存未命中。

关于performance - B树与二叉树,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题:https://stackoverflow.com/questions/6211118/

10-11 15:22