Преимущество B + деревьев над BST?

Я изучаю деревья B + в классе о базах данных, и мне было интересно, какие конкретные преимущества B + деревья будут давать над двоичными деревьями поиска?

Похоже, что они имеют среднюю сложность O (logN) для большинства операций примечания, но деревья B + также имеют дополнительное (незначительное?) время поиска для каждого дочернего элемента node, где BST, очевидно, принимают только время O (1) выяснить, какой ребенок node для перехода на.

Какие реальные преимущества делают деревья B + более популярными в базах данных, чем BST?

Ответ 1

Основным преимуществом дерева B + (и B-деревьев вообще) над двоичными деревьями поиска является то, что они хорошо работают с кешами. Если у вас есть двоичное дерево поиска, чьи узлы хранятся в более или менее случайном порядке в памяти, то каждый раз, когда вы следуете указателю, машине придется вытащить новый блок памяти в кэш процессора, что значительно медленнее, чем доступ к памяти уже в кеше.

B + -tree и B-tree работают, имея каждое node хранили огромное количество ключей или значений и имеют большое количество детей. Они обычно упаковываются вместе таким образом, чтобы один node мог хорошо вписываться в кеш (или, если он был сохранен на диске, вытаскивался с диска в одной операции чтения). Затем вам нужно сделать больше работы, чтобы найти ключ в node или определить, какой из них следует читать дальше, но поскольку все обращения к памяти, выполненные на одном node, могут выполняться без возврата на диск, время доступа очень маленький. Это означает, что, хотя в принципе BST может быть лучше с точки зрения количества обращений к памяти, B + -tree и B-tree могут работать лучше с точки зрения времени выполнения этих обращений к памяти.

Типичный пример использования B + -tree или B-tree находится в базе данных, где имеется огромное количество информации, и данные настолько многочисленны, что они не могут вписаться в основную память. Соответственно, данные затем могут быть сохранены в B + -tree или B-дереве на жестком диске где-нибудь. Это сводит к минимуму количество считываемых дисков, необходимых для поиска данных во время поиска. Некоторые файловые системы (например, ext4, я полагаю) также используют B-деревья по той же причине - они минимизируют количество требуемых обращений к диску, что является настоящим узким местом.

Надеюсь, это поможет!

Ответ 2

В реальном хранилище данных (например, в БД) требуется много данных для хранения. Поскольку поиск данных является основной операцией, вызывающей озабоченность, достаточно времени для чтения данных с диска, чем ОЗУ.

Теперь это улов...

BST хранит меньшие данные в node по сравнению с B + Trees. Это приводит к увеличению высоты BST, чем деревья B+. Поэтому они хранятся на диске, а не в ОЗУ.

Каждый раз, когда данные должны извлекаться из дерева, данные с диска должны быть загружены в основную память (что, конечно, занимает много времени), а в случае деревьев B + - данные уже имеется в ОЗУ, и требуемый node выбирается напрямую, и данные извлекаются из этого node, который может содержать много детей (но общее время для извлечения данных меньше в случае деревьев B +, потому что нет необходимости загружать данные с диска на ОЗУ).