Eine Baumtopologie ist eine spezielle Art von Struktur, bei der viele verbundene Elemente wie die Zweige eines Baums angeordnet sind. Beispielsweise werden häufig Baumtopologien verwendet, um die Computer in einem Unternehmensnetzwerk oder die Informationen in einer Datenbank zu organisieren.
In einer Baumtopologie kann es nur eine Verbindung zwischen zwei beliebigen verbundenen Knoten geben. Da zwei beliebige Knoten nur eine gegenseitige Verbindung haben können, erstellen Baumtopologien eine natürliche Eltern-Kind-Hierarchie.
Baumtopologie in Computernetzwerken
In Computernetzwerken wird eine Baumtopologie auch als Sternbustopologie bezeichnet. Es enthält Elemente sowohl einer Bustopologie als auch einer Sterntopologie. Unten sehen Sie ein beispielhaftes Netzwerkdiagramm einer Baumtopologie, in der die zentralen Knoten von zwei Sternnetzwerken miteinander verbunden sind.
Wenn im Bild das Hauptkabel (Trunk) zwischen den beiden Netzwerken mit Sterntopologie ausfallen würde, könnten diese Netzwerke nicht miteinander kommunizieren. Computer in derselben Sterntopologie könnten jedoch weiterhin kommunizieren.
Baumtopologie in der Computerprogrammierung
Bei der Computerprogrammierung können Baumtopologien viele Arten von Daten strukturieren, einschließlich eines Computerprogramms selbst.
Dies ist beispielsweise ein in Lisp geschriebenes Computerprogramm:
(+ 1 2 (if (> p 10) 3 4))
Dieses Programm sagt: “Wenn p größer als 10 ist, addieren Sie die Zahlen 1, 2 und 3. Andernfalls addieren Sie die Zahlen 1, 2 und 4.” Wie alle Lisp-Programme hat es eine inhärente Baumtopologiestruktur. Wenn wir es als Diagramm zeichnen, sieht es wie der rechts gezeigte Baum aus. Die Darstellung eines Programms auf diese Weise kann nützlich sein, da es deutlich zeigt, wie alle Operationen und Daten miteinander verbunden sind.
Programme in dieser Art von Struktur haben auch spezielle Verwendungen. Zum Beispiel können genetische Programmiertechniken neue Computerprogramme entwickeln, indem sie Verzweigungen zwischen bestehenden Programmen austauschen, die als Bäume strukturiert sind.
Baumtopologie in binären Bäumen
Ein Binärbaum ist eine Baumtopologie, bei der jeder Knoten maximal zwei Kinder hat. Die untergeordneten Knoten sind als „linkes Kind“ oder „rechtes Kind“ gekennzeichnet. Diese Art von Datenstruktur wird häufig zum Sortieren und Durchsuchen großer Datenmengen verwendet. In dem unten gezeigten Binärbaum hat das linke Kind jedes Elternteils einen kleineren Wert als das rechte Kind.
B-Bäume
Ein B-Baum ist eine Variation eines binären Baums, der 1971 von Rudolf Bayer und Ed McCreight in den Boeing Labs erfunden wurde. Seine Knoten haben untergeordnete Knoten, die innerhalb eines vordefinierten Minimums und Maximums liegen, normalerweise zwischen 2 und 7. Ein B-Baum-Diagramm könnte wie das Bild unten aussehen.
B-Bäume sind “selbstbalancierend”, was bedeutet, dass die Höhe der Äste so gesteuert wird, dass sie nicht beliebig groß werden. Jeder Knoten enthält partitionierende “Schlüsselwerte”, die die Werte der Kinder angeben. Ihr Design ist für die Handhabung sehr großer Datendateien und das Schreiben von Daten in den Speicher oder auf die Festplatte optimiert. Sie werden häufig in Datenbanksystemen wie MySQL, PostgreSQL und Redis sowie Dateisystemen wie NTFS, HFS+ und ext4 verwendet.
Datenstruktur, Netzwerkbegriffe, Topologie
