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B-트리를 사용하여 정렬을 수행하는 C++ 프로그램

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여기서는 B-Tree를 사용하여 정렬된 시퀀스를 얻는 방법을 살펴보겠습니다. B-트리는 n-항 트리입니다. 정렬된 시퀀스를 얻으려면 B-트리를 만든 다음 숫자를 추가할 수 있습니다. 여기서 B-트리는 최대 5개의 노드를 보유할 수 있습니다. 노드의 수가 증가하면 노드를 분할하여 새로운 레벨을 형성합니다. 노드가 5개(최대)와 같이 적은 수의 요소를 보유하므로 버블 정렬 기술을 사용하여 정렬합니다. 요소 수가 매우 적기 때문에 성능에 큰 영향을 미치지 않습니다.

트리를 순회한 후에는 다른 노드의 모든 값을 얻을 수 있습니다. 이러한 요소는 내림차순으로 정렬됩니다.

알고리즘

횡단(p)

입력 :트리 노드 p
출력 :트리 순회 시퀀스

Begin
   for i in range 0 to n-1, do
      if p is not a leaf node, then
         traverse(child of p at position i)
      end if
      print the data at position i
      done
      if p is not a leaf node, then
         traverse(child of p at position i)
      end if
End

정렬(a,n)

입력 정렬될 배열 a, 해당 배열의 요소 수, n

출력:정렬된 배열

Begin
   for i in range 0 to n-1, do
      for j in range 0 to n-1, do
         if a[i] > a[j], then
            swap a[i] and a[j]
         end if
      done
   done
End

split_node(x, i):

입력:분할할 노드 x, i는 리프 노드에 대해 (-1), 그렇지 않으면 일부 양수 값

출력 :분할 후 Node의 중간 요소

Begin
   Create a node np3, and mark it as leaf node
   if i is -1, then
      mid := Data from position 2 of x
      Set the data at position 2 of x to 0
      Reduce the number of data in x by 1
      create a new node called np1, and mark it as non-leaf node
      mark x as leaf node
      Insert all of the nodes of x from position 3 to 5 into np3
      Also insert all of the child reference of x from position 3 to 5 into np3
      Remove the inserted elements from the node x
      insert mid into the first position of np1
      make x as left child and np3 as right child of np1
      increase the element count of np1, and make this as root.
   else
      y := the subtree at location i
      mid := data from position 2 of y
      Set the data at position 2 of y to 0
      Reduce the number of data in y by 1
      Insert all of the nodes of y from position 3 to 5 into np3
      increase the element count of np3, and remove inserted elements from y
      add y child at position i, and add np3 at position i+1
   end if
End

삽입(a):

입력 :삽입될 요소 a.

출력:업데이트된 B-트리

Begin
   x := root
   if x is null, then
      create a root node and take root into x
   else
      if x is leaf node, and has 5 elements, then
         temp_node := split_child(x, -1)
         x := root
         i := find correct position to insert a
         x := child of x at position i
      else
         while x is not a leaf node, do
         i := find correct position to insert a
         if child of x at position i, has 5 elements, then
            temp_node := split_child(x, i)
            add temp_node data at position x->n of x
         else
            x := child of x at position i
         end if
         done
      end if
   end if
   add a into x at position x->n
   sort elements of x
End

예시 코드

#include<iostream>
using namespace std;
struct BTreeNode{ //create a node structure of a B-tree
   int *data;
   BTreeNode **child_ptr;
   bool leaf;
   int n;
}*root = NULL, *np = NULL, *x = NULL;
BTreeNode * getNode(){
   int i;
   np = new BTreeNode;
   np->data = new int[5]; //set five data fiels and 6 link field
   np->child_ptr = new BTreeNode *[6];
   np->leaf = true; //initially the node is a leaf
   np->n = 0;
   for (i = 0; i < 6; i++) {
      np->child_ptr[i] = NULL; //initialize all pointer to null
   }
   return np;
}
void traverse(BTreeNode *p) {
   cout<<endl;
   int i;
   for (i = 0; i < p->n; i++) { //recursively traverse the entire b-tree
      if (p->leaf == false){
         traverse(p->child_ptr[i]);
      }
      cout << " " << p->data[i];
   }
   if (p->leaf == false) {
      traverse(p->child_ptr[i]);
   }
   cout<<endl;
}
void sort(int *p, int n) {
   for (int i = 0; i < n; i++) {
      for (int j = i; j <= n; j++) {
         if (p[i] > p[j]){
            swap(p[i], p[j]);
         }
      }
   }
}
int split_child(BTreeNode *x, int i){ //split the node into three nodes, one root and two children
   int mid;
   BTreeNode *np1, *np3, *y;
   np3 = getNode(); //create a new leaf node called np3
   np3->leaf = true;
   if (i == -1) {
      mid = x->data[2]; //get the middle element
      x->data[2] = 0;
      x->n--;
      np1 = getNode();
      np1->leaf = false;
      x->leaf = true;
      for (int j = 3; j < 5; j++) {
         np3->data[j - 3] = x->data[j];
         np3->child_ptr[j - 3] = x->child_ptr[j];
         np3->n++;
         x->data[j] = 0;
         x->n--;
      }
      for (int j = 0; j < 6; j++) {
         x->child_ptr[j] = NULL;
      }
      np1->data[0] = mid;
      np1->child_ptr[np1->n] = x;
      np1->child_ptr[np1->n + 1] = np3;
      np1->n++;
      root = np1;
   } else {
      y = x->child_ptr[i];
      mid = y->data[2];
      y->data[2] = 0;
      y->n--;
      for (int j = 3; j < 5; j++) {
         np3->data[j - 3] = y->data[j];
         np3->n++;
         y->data[j] = 0;
         y->n--;
      }
      x->child_ptr[i] = y;
      x->child_ptr[i + 1] = np3;
   }
   return mid;
}
void insert(int a){ //insert into BTree
   int i, tmp_node;
   x = root;
   if (x == NULL) {
      root = getNode();
      x = root;
   } else {
      if (x->leaf == true && x->n == 5){ //when the node is a leaf node and has 5 data
         tmp_node = split_child(x, -1); //make a new level by spliting the node
         x = root;
         for (i = 0; i < (x->n); i++) {
            if ((a > x->data[i]) && (a < x->data[i + 1])) {
               i++;
               break;
            } else if (a < x->data[0]) {
               break;
            } else {
               continue;
            }
         }
         x = x->child_ptr[i];
      } else {
         while (x->leaf == false) {
            for (i = 0; i < (x->n); i++) {
               if ((a > x->data[i]) && (a < x->data[i + 1])) {
                  i++;
                  break;
               } else if (a < x->data[0]) {
                  break;
               } else {
                  continue;
               }
            }
            if ((x->child_ptr[i])->n == 5) {
               tmp_node = split_child(x, i);
               x->data[x->n] = tmp_node;
               x->n++;
               continue;
            } else {
               x = x->child_ptr[i];
            }
         }
      }
   }
   x->data[x->n] = a;
   sort(x->data, x->n);
   x->n++;
}
int main() {
   int i, n, t;
   cout<<"enter the no of elements to be inserted\n";
   cin>>n;
   for(i = 0; i < n; i++) {
      cout<<"enter the element\n";
      cin>>t;
      insert(t);
   }
   cout<<"traversal of constructed tree\n";
   traverse(root);
}

출력

enter the no of elements to be inserted
8
enter the element
54
enter the element
23
enter the element
98
enter the element
52
enter the element
10
enter the element
23
enter the element
47
enter the element
84
traversal of constructed tree
10 23 23 47
52
54 84 98