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B树定义和实现

 
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B树(二叉搜索树)定义:
1)、每个非叶子节点至多有两个子节点。
2)、每个节点都存储关键字值。
3)、其左子节点的关键字值小于该节点,且右子节点的关键字值大于或等于该节点。

/** 
* 节点类 
*/ 
class Node{ 
public int key; 
public int data; 
public Node leftChild; 
public Node rightChild; 

public Node(int key, int data){ 
this.key = key; 
this.data = data; 
this.leftChild = null; 
this.rightChild = null; 
} 

public void display(){ 
System.out.println("key: " + key + ", data: " + data); 
} 
} 

/** 
* B树类 
*/ 
class Tree{ 
public Node root; 

public void insert(int key, int data){ 
Node newNode = new Node(key, data); 

if (root == null){ 
root = newNode; 
}else{ 
Node current = root; 
Node parent = null; 
while (true){ 
parent = current; 
if (key < current.key){ 
current = current.leftChild; 
if (current == null){ 
parent.leftChild = newNode; 
return; 
} 
}else{ 
current = current.rightChild; 
if (current == null){ 
parent.rightChild = newNode; 
return; 
} 
} 
} 
} 
} 

/** 只实现有一个节点的删除 */ 
public boolean delete(int key){ 
Node current = root; 
Node parent = null; 
boolean isLeftChild = false; 

while (current.key != key){ 
parent = current; 
if (key < current.key){ 
current = current.leftChild; 
isLeftChild = true; 
}else{ 
current = current.rightChild; 
isLeftChild = false; 
} 
} 

if (current == null){ 
return false; 
} 

/** 无子节点 */ 
if (current.leftChild == null && current.rightChild == null){ 
if (current == root){ 
root = null; 
}else if (isLeftChild){ 
parent.leftChild = null; 
}else{ 
parent.rightChild = null; 
} 
} 
/** 仅有右节点 */ 
else if ((current.leftChild == null && current.rightChild != null)){ 
if (current == root){ 
root = current.rightChild; 
}else if (isLeftChild){ 
parent.leftChild = current.rightChild; 
}else{ 
parent.rightChild = current.rightChild; 
} 
}else if ((current.leftChild != null && current.rightChild == null)){ 
if (current == root){ 
root = null; 
}else if (isLeftChild){ 
parent.leftChild = current.leftChild; 
}else{ 
parent.rightChild = current.leftChild; 
} 
} 
return true; 
} 

public Node find(int key){ 
Node current = root; 
while (current != null){ 
if (current.key == key){ 
break; 
}else if (key < current.key){ 
current = current.leftChild; 
}else{ 
current = current.rightChild; 
} 
} 

return current; 
} 

/** 中序 */ 
public void inOrder(Node localNode){ 
if (localNode  != null){ 
inOrder(localNode.leftChild); 
System.out.println("key: " + localNode.key + ", data: " + localNode.data); 
inOrder(localNode.rightChild); 
} 

} 

} 

public class BTree { 

/** 
* @param args 
*/ 
public static void main(String[] args) { 
// TODO Auto-generated method stub 
Tree newTree = new Tree(); 
newTree.insert(5, 5); 
newTree.insert(1, 1); 
newTree.insert(2, 2); 
newTree.insert(8, 8); 
newTree.insert(9, 9); 
newTree.insert(7, 7); 

newTree.delete(1); 
newTree.inOrder(newTree.root); 
} 

} 


import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/*
 * Author: Robert Liu
 */
public class BTree<E extends Comparable<E>> {
	private BTNode root = null;
	private int t;
	private final int fullNum;

	public BTree(int t) {
		this.t = t;
		fullNum = 2 * t - 1;
	}

	private final BTNode NullBTNode = new BTNode();

	private class BTNode {
		private int number = 0;
		private List<E> values = new ArrayList<E>();
		private List<BTNode> children = new ArrayList<BTNode>();
		private boolean isLeaf = false;

		E getKey(int i) {
			return values.get(i);
		}

		BTNode getChildren(int i) {
			return children.get(i);
		}

		void AddKey(int i, E element) {
			values.add(i, element);
		}

		void removeKey(int i) {
			values.remove(i);
		}

		void AddChildren(int i, BTNode c) {
			children.add(i, c);
		}

		void removeChildren(int i) {
			children.remove(i);
		}

		boolean isFull() {
			if (number == fullNum)
				return true;
			return false;
		}

		int getSize() {
			return values.size();
		}

		boolean isNull() {
			return (this == NullBTNode);
		}

		@Override
		public String toString() {
			if (number == 0)
				return "NullNode";

			StringBuilder sb = new StringBuilder();
			sb.append("[N: " + number + "] [values: ");
			for (E e : values) {
				sb.append(e + ", ");
			}
			sb.append(" ] [ children: ");
			for (BTNode bNode : children) {
				if (bNode == NullBTNode)
					sb.append(bNode + ", ");
				else
					sb.append("NotNullNode" + ", ");
			}
			sb.append("] [childrenSize: " + children.size());
			sb.append("] [ isLeaf: " + isLeaf);
			sb.append("]");
			return sb.toString();
		}
	}

	// Generate the root node
	private void constructRoot(E elem) {
		root = new BTNode();
		root.number = 1;
		root.AddKey(0, elem);
		root.isLeaf = false;
	}

	private void addElemToNode(BTNode node, E element, int i) {
		node.AddKey(i, element);
		node.number++;
		node.AddChildren(i, NullBTNode);
	}

	public void insertElem(E elem) {
		if (root == null) {
			// The first node
			constructRoot(elem);
			root.isLeaf = true;
			root.AddChildren(0, NullBTNode);
			root.AddChildren(1, NullBTNode);
			return;
		}

		BTNode curNode = root;

		if (root.isFull()) {
			// Extend the root
			constructRoot(curNode.getKey(t - 1));

			// Get new node
			BTNode newNode = getExtendedNode(curNode);

			// Process old full node
			processFullNode(curNode);

			// Process root
			root.AddChildren(0, curNode);
			root.AddChildren(1, newNode);
			return;
		}

		int i = 0;
		BTNode childNode = null;
		// Find the node to insert
		while (true) {
			while ((i < curNode.getSize())
					&& (elem.compareTo(curNode.getKey(i)) > 0)) {
				i++;
			}

			childNode = curNode.getChildren(i);
			if (childNode.isFull()) {
				// Split the node

				// Add the element to parent
				curNode.number++;
				curNode.AddKey(i, childNode.getKey(t - 1));

				// New node for extension
				BTNode newNode = getExtendedNode(childNode);

				// Process old full node
				processFullNode(childNode);

				// Add the new node for parent reference
				curNode.AddChildren(i + 1, newNode);

				// Down to low layer
				if (elem.compareTo(curNode.getKey(i)) < 0) {
					curNode = childNode;
				} else {
					curNode = newNode;
				}
				i = 0;
				continue;
			}

			// Down to child node
			if (!childNode.isNull()) {
				curNode = childNode;
				i = 0;
				continue;
			}

			// Insert the element in current node
			addElemToNode(curNode, elem, i);
			return;
		}

	}

	private BTNode getExtendedNode(BTNode fullNode) {
		BTNode newNode = new BTNode();
		newNode.number = t - 1;
		newNode.isLeaf = fullNode.isLeaf;
		for (int i = 0; i < t; i++) {
			if (i != t - 1) {
				newNode.AddKey(i, fullNode.getKey(t + i));
			}
			newNode.AddChildren(i, fullNode.getChildren(t + i));
		}
		return newNode;
	}

	// Should be called after calling getExtendedNode()
	private void processFullNode(BTNode fullNode) {
		fullNode.number = t - 1;
		for (int i = t - 1; i >= 0; i--) {
			fullNode.removeKey(t + i - 1);
			fullNode.removeChildren(t + i);
		}
	}

	@Override
	public String toString() {
		if (root == null)
			return "NULL";

		StringBuilder sb = new StringBuilder();

		LinkedList<BTNode> queue = new LinkedList<BTNode>();
		queue.push(root);

		BTNode tem = null;
		while ((tem = queue.poll()) != null) {
			for (BTNode node : tem.children) {
				if (!node.isNull())
					queue.offer(node);
			}
			sb.append(tem.toString() + "\n");
		}
		return sb.toString();
	}

	public static void main(String[] args) {
		BTree<Character> tree = new BTree<Character>(3);
		System.out.println(tree);
		Character[] cL = { 'D', 'E', 'F', 'A', 'C', 'B', 'Z', 'H', 'I', 'J' };
		for (int i = 0; i < cL.length; i++) {
			tree.insertElem(cL[i]);
			System.out.println("After insert the: " + cL[i]);
			System.out.println(tree);
		}
	}
output
===================
NULL
After insert the: D
[N: 1] [values: D,  ] [ children: NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 2] [ isLeaf: true]

After insert the: E
[N: 2] [values: D, E,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]

After insert the: F
[N: 3] [values: D, E, F,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 4] [ isLeaf: true]

After insert the: A
[N: 4] [values: A, D, E, F,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 5] [ isLeaf: true]

After insert the: C
[N: 5] [values: A, C, D, E, F,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 6] [ isLeaf: true]

After insert the: B
[N: 1] [values: D,  ] [ children: NotNullNode, NotNullNode, ] [childrenSize: 2] [ isLeaf: false]
[N: 2] [values: A, C,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]
[N: 2] [values: E, F,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]

After insert the: Z
[N: 1] [values: D,  ] [ children: NotNullNode, NotNullNode, ] [childrenSize: 2] [ isLeaf: false]
[N: 2] [values: A, C,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]
[N: 3] [values: E, F, Z,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 4] [ isLeaf: true]

After insert the: H
[N: 1] [values: D,  ] [ children: NotNullNode, NotNullNode, ] [childrenSize: 2] [ isLeaf: false]
[N: 2] [values: A, C,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]
[N: 4] [values: E, F, H, Z,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 5] [ isLeaf: true]

After insert the: I
[N: 1] [values: D,  ] [ children: NotNullNode, NotNullNode, ] [childrenSize: 2] [ isLeaf: false]
[N: 2] [values: A, C,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]
[N: 5] [values: E, F, H, I, Z,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 6] [ isLeaf: true]

After insert the: J
[N: 2] [values: D, H,  ] [ children: NotNullNode, NotNullNode, NotNullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: false]
[N: 2] [values: A, C,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]
[N: 2] [values: E, F,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 3] [ isLeaf: true]
[N: 3] [values: I, J, Z,  ] [ children: NullNode, NullNode, NullNode, NullNode, ] [childrenSize: 4] [ isLeaf: true]
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