Detaillierte Erläuterung des B-Tree-Löschvorgangs: Detaillierte Darstellung des B-Tree-Löschvorgangs mit Python

Der B-Tree-Löschvorgang muss die Position und das Gleichgewicht der Knoten berücksichtigen, und es ist wahrscheinlich, dass ein Unterlauf auftritt. Ein Unterlauf tritt auf, wenn ein Knoten weniger als die Mindestanzahl an untergeordneten Knoten enthält, die er enthalten sollte.

Bilder und Text zeigen das Prinzip der B-Tree-Löschung

ohne das Gleichgewicht zu beeinträchtigen.

Unterlaufsituation.

Interne Knoten löschen.

Python implementiert den B-Tree-Löschvorgang

# B树节点
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

    # 插入元素
    def insert(self, k):
        root = self.root
        if len(root.keys) == (2 * self.t) - 1:
            temp = BTreeNode()
            self.root = temp
            temp.child.insert(0, root)
            self.split_child(temp, 0)
            self.insert_non_full(temp, k)
        else:
            self.insert_non_full(root, k)

    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_child(x, i)
                if k[0] > x.keys[i][0]:
                    i += 1
            self.insert_non_full(x.child[i], k)

    # 分开子节点
    def split_child(self, x, i):
        t = self.t
        y = x.child[i]
        z = BTreeNode(y.leaf)
        x.child.insert(i + 1, z)
        x.keys.insert(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]

    # 删除节点
    def delete(self, x, k):
        t = self.t
        i = 0
        while i < len(x.keys) and k[0] > x.keys[i][0]:
            i += 1
        if x.leaf:
            if i < len(x.keys) and x.keys[i][0] == k[0]:
                x.keys.pop(i)
                return
            return

        if i < len(x.keys) and x.keys[i][0] == k[0]:
            return self.delete_internal_node(x, k, i)
        elif len(x.child[i].keys) >= t:
            self.delete(x.child[i], k)
        else:
            if i != 0 and i + 2 < len(x.child):
                if len(x.child[i - 1].keys) >= t:
                    self.delete_sibling(x, i, i - 1)
                elif len(x.child[i + 1].keys) >= t:
                    self.delete_sibling(x, i, i + 1)
                else:
                    self.delete_merge(x, i, i + 1)
            elif i == 0:
                if len(x.child[i + 1].keys) >= t:
                    self.delete_sibling(x, i, i + 1)
                else:
                    self.delete_merge(x, i, i + 1)
            elif i + 1 == len(x.child):
                if len(x.child[i - 1].keys) >= t:
                    self.delete_sibling(x, i, i - 1)
                else:
                    self.delete_merge(x, i, i - 1)
            self.delete(x.child[i], k)

    # 删除节点
    def delete_internal_node(self, x, k, i):
        t = self.t
        if x.leaf:
            if x.keys[i][0] == k[0]:
                x.keys.pop(i)
                return
            return

        if len(x.child[i].keys) >= t:
            x.keys[i] = self.delete_predecessor(x.child[i])
            return
        elif len(x.child[i + 1].keys) >= t:
            x.keys[i] = self.delete_successor(x.child[i + 1])
            return
        else:
            self.delete_merge(x, i, i + 1)
            self.delete_internal_node(x.child[i], k, self.t - 1)

    # 删除前节点
    def delete_predecessor(self, x):
        if x.leaf:
            return x.pop()
        n = len(x.keys) - 1
        if len(x.child[n].keys) >= self.t:
            self.delete_sibling(x, n + 1, n)
        else:
            self.delete_merge(x, n, n + 1)
        self.delete_predecessor(x.child[n])

    # 删除继任节点
    def delete_successor(self, x):
        if x.leaf:
            return x.keys.pop(0)
        if len(x.child[1].keys) >= self.t:
            self.delete_sibling(x, 0, 1)
        else:
            self.delete_merge(x, 0, 1)
        self.delete_successor(x.child[0])

    def delete_merge(self, x, i, j):
        cnode = x.child[i]

        if j > i:
            rsnode = x.child[j]
            cnode.keys.append(x.keys[i])
            for k in range(len(rsnode.keys)):
                cnode.keys.append(rsnode.keys[k])
                if len(rsnode.child) > 0:
                    cnode.child.append(rsnode.child[k])
            if len(rsnode.child) > 0:
                cnode.child.append(rsnode.child.pop())
            new = cnode
            x.keys.pop(i)
            x.child.pop(j)
        else:
            lsnode = x.child[j]
            lsnode.keys.append(x.keys[j])
            for i in range(len(cnode.keys)):
                lsnode.keys.append(cnode.keys[i])
                if len(lsnode.child) > 0:
                    lsnode.child.append(cnode.child[i])
            if len(lsnode.child) > 0:
                lsnode.child.append(cnode.child.pop())
            new = lsnode
            x.keys.pop(j)
            x.child.pop(i)

        if x == self.root and len(x.keys) == 0:
            self.root = new

    # 删除同一级的其他子节点
    def delete_sibling(self, x, i, j):
        cnode = x.child[i]
        if i < j:
            rsnode = x.child[j]
            cnode.keys.append(x.keys[i])
            x.keys[i] = rsnode.keys[0]
            if len(rsnode.child) > 0:
                cnode.child.append(rsnode.child[0])
                rsnode.child.pop(0)
            rsnode.keys.pop(0)
        else:
            lsnode = x.child[j]
            cnode.keys.insert(0, x.keys[i - 1])
            x.keys[i - 1] = lsnode.keys.pop()
            if len(lsnode.child) > 0:
                cnode.child.insert(0, lsnode.child.pop())

    # 输出B树
    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)

B = BTree(3)

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

B.print_tree(B.root)
B.delete(B.root, (8,))
print("\n")
B.print_tree(B.root)

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