01 화일의 기본 개념 02 화일 저장장치 03 화일 입출력 제어 04 순차화일 05 화일의 정렬 06 화일의 합병

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1 01 화일의 기본 개념 02 화일 저장장치 03 화일 입출력 제어 04 순차화일 05 화일의 정렬 06 화일의 합병 07 인덱스 구조 08 인덱스된 순차 파일 09 직접화일 10 다중 키 파일 11 다차원 공간 파일 12 텍스트를 위한 화일과 데이터 베이스

2 10.다차원 공간 화일

3 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R*-트리 R+-트리

4 ▶ 다 차원 공간 화일이란 ? 응용 분야 여러 개의 필드를 동시에 키로 사용한 화일 k-d 트리(´75)
k-d-B 트리(´81) 격자 화일(Grid File) (´84) 사분 트리(Quadtree) (´84) R-트리(´84), R+-트리(´87), R*-트리(´90) 응용 분야 위치 정보와 같은 다차원 데이타는 단일 키 화일 구조로 처리 불가 (x, y) 또는 (x, y, z)는 차원당 하나의 값 CAD (Computer Aided Design) GIS (Geographical Information System)

5 ▶ 다차원 공간 화일의 종류 PAM (Point Access Method) SAM (Spatial Access Method)
다차원의 점 데이타를 저장, 검색 예) k-d트리, k-d-B 트리, 격자화일 SAM (Spatial Access Method) 선, 면과 같은 다차원 도형 데이타를 저장 검색 예) R-트리, R*-트리, R+-트리

6 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R*-트리 R+-트리

7  k-d 트리 k-d (k-dimensional) 트리 특징 이원 탐색 트리를 다차원 공간으로 확장한 것
기본 구조와 알고리즘은 이원 탐색 트리와 유사 트리의 레벨에 따라 차원을 번갈아 가며 비교 예) 2차원의 경우: x  y  x  y  ,,, 특징 주기억 장치상에서 동작 소규모의 다차원 점 데이타를 인덱싱할 때 적합(PAM) 균형 트리가 아님

8 ▶ k-d 트리의 삽입 예 다음과 같은 2차원의 10개의 점을 a부터 j의 순서로 k-d트리에 삽입하는 경우

9 ▶ k-d 트리의 삽입 예 a 삽입 루트에 저장 a (0,0) (10,10) a (5,4) :x

10 ▶ k-d 트리의 삽입 예 b 삽입 루트와 x값 비교, 작으므로 왼쪽 자식 노드에 삽입 a (5,4) b (2,7) :x :y
(0,0) (10,10) a (5,4) b (2,7) :x :y

11 ▶ k-d 트리의 삽입 예 c 삽입 루트와 x값 비교, 크므로 오른쪽 자식 노드에 삽입 a (5,4) b (2,7)
(0,0) (10,10) a (5,4) b (2,7) c (9,5) :x :y

12 ▶ k-d 트리의 삽입 예 d 삽입 루트와 x값 비교, 작으므로 왼쪽 자식 노드로
b와 y값 비교, 작으므로 왼쪽 자식 노드에 삽입 a b c d (10,10) (0, 0) a (5,4) b (2,7) c (9,5) d (3,1) :x :y :x

13 ▶ k-d 트리의 삽입 예 최종 k-d 트리 a (5,4) b (2,7) c (9,5) d (3,1) j (4,8)
e f h g j i (0,0) (10,10) a (5,4) :x b (2,7) c (9,5) :y d (3,1) j (4,8) e (7,2) f (8,7) :x g (1,4) h (4,3) i (8,2) :y

14 ▶ k-d 트리의 검색 예 (4,8)을 검색 a(루트)와 x값 비교: 4<5이므로 왼쪽 서브 트리로
b와 y값 비교: 7<8이므로 오른쪽 서브 트리로 j 발견 . 검색 완료 a b c d e f h g j i (0,0) (10,10) a (5,4) :x b (2,7) c (9,5) :y d (3,1) j (4,8) e (7,2) f (8,7) :x g (1,4) h (4,3) i (8,2) :y

15 ▶ k-d 트리의 단점 균형 트리가 아니므로 데이타의 입력 순서나 분포에 따라 트리의 높이가 높아질 수 있음
 검색 성능이 떨어짐 예)  g, d, b, e, h, a, f, c, i, j 의 순서로 입력된 예 g (1,4) f (8,7) d (3,1) c (9,5) b (2,7) i (8,2) e (7,2) h (4,3) j (4,8) a (5,4) :x :y a b c d e f h g j i (0,0) (10,10)

16 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R*-트리 R+-트리

17  k-d-B 트리 B 트리와 k-d 트리의 결합 디스크 기반: 디스크 페이지 크기의 노드들로 구성
다차원 점 데이타 저장, 검색 완전 균형 트리

18 ▶ k-d-B 트리의 구조 다중키 레코드 검색을 위한 인덱스 레코드 : (키0, 키1, …, 키K-1, 주소)
영역 : 같은 성질을 가지고 있는 점들의 집합 mini≤keyi≤maxi , 0≤i≤ k-1 그림 10.8 노드는 루트 페이지와 페이지의 집합 영역 페이지(region page) : <영역, 페이지 ID> 점 페이지(point page) : <점, 주소>, 단말 노드

19 ▶ k-d-B 트리의 특성 ① 각 페이지를 노드로 갖고, 페이지 ID를 노드 포인터로 갖는 다원 탐색 트리
② 모든 단말 페이지까지의 경로 길이는 동일 ③ 모든 영역은 분리(disjoint) ④ 루트 페이지가 영역 페이지면, 영역들의 합은 영역 전체

20 ▶ 2-d-B 트리의 예 --- 페이지에 포함된 영역(흰색) 페이지에 포함되지 않은영역 (회색) 점 영역 페이지 점 페이지

21 ▶ k-d-B 트리의 연산 (검색) 영역은 각 차원들의 간격의 교차 곱 (Ix × Iy) 질의 알고리즘
부분 범위 질의 : 일부 간격들이 도메인 전체 부분 일치 질의 : 일부 간격이 점이고, 나머지가 전체 도메인 완전 일치 질의 : 모든 간격들이 점 질의 알고리즘 ① root-ID가 널이면 종료, 그렇지 않으면 변수 page는 루트 페이지를 가리키게 한다. ② 변수 page가 점 페이지를 가리키면 질의 영역에 속하는 <점, 주소>에 대해 주소에 있는 레코드를 검색, 출력 ③ 영역 페이지인 경우는 <영역, 자식>에 대해 변수 page가 자식 ID에 의해 참조되는 페이지를 가리키게 하고 ②에서 반복

22 ▶ 2-D-B 트리의 질의 영역 검색 예 root-id 2 1 3 질의 영역 1.1 1.2 3.2 3.1 1.3 1.4 3.3

23 ▶ k-d-B 트리의 연산 (삽입) 도메인의 값 X'이 영역에 포함되면 영역 분할 점 페이지 분할
분할 전 분할 원소 분할 후 왼쪽 페이지 오른쪽 페이지

24 ▶ k-d-B 트리의 연산 (삽입) 영역 페이지의 분할 분할 원소 전 * 표시된 부분이 분할된다 후

25 ▶ k-d-B 트리의 연산(삽입) <점, 주소>쌍을 삽입하는 알고리즘
① root-ID가 널(null)이면 <점, 주소>를 포함하는 점 페이지 생성 ② 점이 첨가될 페이지 탐색(완전 일치 질의) ③ 점 페이지에 삽입하고 종료, 오버플로가 발생하면 분할

26 ▶ k-d-B 트리의 연산(삭제) 완전 일치 질의로 탐색, 제거 공간 이용률을 높이기 위해 재구성
합병 : 두 영역의 정보가 한 페이지로 언더플로 : 두 영역간에 재분배 두 영역의 합이 영역이면 합병가능 합병이 불가능한 경우

27 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R*-트리 R+-트리

28  격자 화일(Grid file) 격자 화일 특징 전체 공간을 하나 이상의 격자로 분할
데이타 추가에 따라 기존 격자를 분할하여 새로운 격자 구성 특징 디스크 기반 대용량 데이타 처리 해시 기반 일반적으로 두 번의 디스크 접근으로 데이타 검색

29 ▶ 격자 화일의 구성 d차원의 격자 화일 격자 블록과 데이타 페이지 격자 디렉터리(grid directory) 데이타 페이지
d개의 선형 눈금자(liner scale) 격자 디렉토리를 구성하는 각 차원별 눈금 정보 주기억 장치에 유지 d차원의 격자 배열(grid array) 선형 눈금자에 의해 분할된 격자 하나의 이상의 격자 블록으로 구성 격자 블록에는 해당 데이타 페이지 번호 저장 디스크에 저장 데이타 페이지 실제 데이타 저장되는 장소 격자 블록과 데이타 페이지 기본적으로 하나의 격자 블록당 하나의 데이타 페이지 두개 이상의 격자 블록이 하나의 데이타 페이지 공유 가능

30 ▶ 격자 화일의 구성 선형눈금자 격자 배열 데이타 페이지

31 ▶ 격자 화일의 레코드 삽입 예 예제 데이타 하나의 페이지가 최대 3개의 데이타 저장 데이타 위치 a (2, 4) b
데이타  위치 a (2, 4) b (4, 6) c (16, 2) d (7, 2) e (18, 8) f (9, 4) g (8, 8) h (13, 9) i (6, 4)

32 ▶ 격자 화일의 레코드 삽입 예 a, b, c 삽입 SY SX

33 ▶ 격자 화일의 레코드 삽입 예 d 삽입 격자 분할 SY SX

34 ▶ 격자 화일의 레코드 삽입 예 e, f 삽입 f 삽입 시 격자 분할 SY SX

35 ▶ 격자 화일의 레코드 삽입 예 g, h, i 삽입 i 삽입 시 격자 분할 SY SX

36 ▶ 격자 화일의 질의 예 x=7, y=2인 데이타를 검색하라 두 번의 디스크 접근 선형 눈금자(SX, SY) 사용
주기억장치 x=7: 두 번째 범위(SX), y=2: 첫번째 범위(SY) 격자 배열 인덱스 = (2, 1) 격자 배열(G) 접근 디스크 G(2, 1) 데이타 페이지 번호 = 3 데이타 페이지(P) 접근 P3 데이타 d 검색 두 번의 디스크 접근 (7, 2) SY(0, 5, 10) SX(0, 5, 10, 20) 1 2 1 2 3 G 1 2 3 2 1 P3 d(7,2) f(9,4) i(6,4)

37 ▶ 격자 화일의 레코드 삭제 예 점 i의 삭제 P3, P4는 하나의 페이지 P3로 합병 가능
x=5 분할 제거 격자 블록 합병 선형 눈금자 수정 SY SX

38 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R*-트리 R+-트리

39  사분트리 (Quadtree) 사분트리의 분류 기준 사분트리로 표현하는 자료의 유형 공간의 분해 원칙
공간을 순환적으로 분해하는 계층적 자료구조(hierarchical data structure) 사분트리의 분류 기준 표현하고자 하는 자료의 유형 공간 분해 과정의 원칙 해상도(resolution) – 분해 과정의 횟수를 고정 또는 가변 사분트리로 표현하는 자료의 유형 점(point), 영역(region), 곡선(curve), 표면(surface), 볼륨(volume) 개체의 경계를 표현하는 경우 : 곡선, 표면 데이타 개체의 내부를 표현하는 경우 : 영역, 볼륨 데이타 공간의 분해 원칙 Image space hierarchy : 각 레벨마다 공간을 일정 크기의 동일한 부분들로 분해 Object space hierarchy : 입력 자료 값에 따라 서로 다른 크기의 공간으로 분해

40 ▶ 영역 사분트리(region quadtree)
이차원 영역 데이타 표현에 많이 사용 이미지를 표현하는 2진수의 배열을 연속적으로 동일한 크기의 사분면들로 분할 : 가변 해상도의 자료 구조 그림 10-22의 영역 사분트리에서 차수가 4인 트리 루트 노드는 전체 배열에 대응 자식 노드들은 각 영역의 사분면 표현(NW, NE, SW, SE순) 리프 노드 : 영역의 내부 표현(1, 흑색 노드) 또는 영역의 외부 표현(0, 백색 노드) 단말이 아닌 노드 : 회색 노드(0과 1 모두 가짐)

41 ▶ 영역 사분트리를 이용한 이미지 표현 1은 그림 영역, 0은 그림의 외부 영역

42 ▶ 점 사분트리 (point quadtree)
점 데이타를 표현 공간을 동일하지 않은 4개의 부속 공간으로 분할 이차원 점 데이타에 대한 인덱스로 활용 단말 노드가 버켓의 포인터를 가진다면 인덱스 역할 전체 레코드는 인덱스에 의해 참조되는 버켓에 저장 다차원 데이타를 위한 이진 탐색 트리의 일반화 이차원 점 데이타는 데이타 필드, x 좌표, y 좌표, 네 개(NW, NE, SW, SE )의 포인터 필드를 가지는 노드로 표현

43 ▶ 도시 데이타 레코드 도시명 X Y 기타 정보 대전 35 40 … 진주 50 10 속초 60 75 강릉 80 65 서울 5
45 전주 25 경주 85 15 부산 90

44 ▶ 점 사분트리의 표현 단말 노드가 버켓의 포인터를 가진다면 인덱스 역할 가능
(예) 버켓 1 : 0≤x<5와 45≤y<100의 값을 갖는 점 데이타들

45 ▶ 점 사분트리 (삽입) 이진 탐색 트리에 대한 삽입과 유사한 방법 점 사분트리의 구축 비용 = 트리의 총 경로 길이
삽입할 레코드의 위치를 x, y 좌표 값을 바탕으로 탐색 노드의 좌표 값과 삽입할 데이타의 좌표 값을 비교 이 과정을 반복한 후, 도착한 리프 노드에 레코드 삽입 그림 점 사분트리의 삽입 예 점 사분트리의 구축 비용 = 트리의 총 경로 길이 평균 삽입 비용(실험적) : O(Nlog4N) 한 노드의 탐색 비용 : O(log4N) 최적 점 사분트리 구성 방법 임의 노드의 어떤 서브트리도 전체 노드 수의 반 이상을 갖지 않는 트리로 정의한다. 이를 위해, 모든 점 데이타들을 하나의 좌표축(x) 값으로 정렬하고 다른 좌표축(y) 값은 보조 키로 사용한다 루트는 정렬 화일의 중간 값을 갖고, 나머지는 4개 부속 그룹으로 나누어 루트의 네 서브트리가 되도록 한다

46 ▶ 점 사분트리의 삽입 예

47 ▶ 점 사분트리의 삽입 예

48 ▶ 점 사분트리 (검색) 탐색 공간을 좁혀 나가는 기법 범위 탐색, 근접 탐색에도 적합
한 레벨 아래로 갈수록 탐색 공간은 1/4로 감소 리프 노드가 가리키는 버킷에서 원하는 데이타 검사 (예) “(95, 8)에 위치한 도시를 검색하라” 대전(35, 40)의 SE, 진주(85, 15)의 SE, 부산(90, 5)의 NE에 속하므로 버킷 23을 조사 범위 탐색, 근접 탐색에도 적합 (예) “좌표 값 (83, 10)에서 거리 8이내에 존재하는 모든 도시를 검색하라” 대전(35, 40)의 SE를 검색하고 진주 (50, 10)의 NE와 SE만 검색하면 됨

49 ▶ 점 사분트리 (삭제) 삭제는 매우 복잡 이상적인 삭제 방법
삭제할 노드를 루트로 하는 서브 트리에 있는 모든 노드들이 재삽입 되어야 함 이상적인 삭제 방법 삭제할 노드 A를 어떤 노드 B로 대치한 후 삭제 이때, 노드 B는 노드 A를 루트로 하는 서브트리의 노드들이 속해 있는 사분면에 영향을 주지 않아야 한다. 이런 B가 존재 않을 경우 가장 근접한 것으로 대체하고 영역에 존재하는 점 데이타들을 재삽입

50 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R+-트리 R*-트리

51  R-트리 R-트리 특징 B-트리를 다차원으로 확장시킨 완전 균형 트리
선, 면, 도형 등 다양한 다차원 공간 데이타 저장 가능(SAM) 특징 루트노드가 아닌 노드는 최소 m, 최대 M개의 엔트리를 포함한다.(m<=M/2) 루트노드는 리프가 아닌 경우 최소 2개의 엔트리를 포함한다. 완전 균형트리(모든 리프노드는 같은 레벨)

52 ▶ MBR 복잡한 공간 도형을 저장하기 위해 MBR(Minimum Bounding Rectangle) 을 이용
(x2max, y2max) (x1max, y1max) (x1min, y1min) (x2min, y2min)

53 ▶ 데이타 예 y r1 r13 r12 r2 r10 r14 r11 r6 r4 r9 r5 r7 r3 r8 x

54 ▶ R-트리 구성 예 R1 r1 R3 R2 r13 r12 R5 r2 r10 r14 r11 r6 r4 R4 R6 r9 r5 r7

55 ▶ R-트리 노드 구성 예 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 노드 d 노드 e 노드 f 노드 g
노드 h r1 r13 r14 r4 r6 r2 r10 r12 r5 r7 r8 r3 r9 r11

56 ▶ R-트리의 연산 검색 영역 검색 질의 k-NN 질의 삽입 삭제

57 ▶ 영역 검색 알고리즘 void Search(Node node, Region S) {
    if (node.level > 0) // 리프노드가 아닌경우     {        for (i=0; i<node.NumOfEntry; i++)        {           if (IsOverlap(node.entry[i].MBR, S))           {              Search(node.entry[i].child, S); // 하위노드 검사           }        }     }else {   // 리프노드인경우        {           if (IsOverlap(node.entry[i].MBR, S))           {              PrintResult(node.entry[i].child);  // 결과 발견           }     }  }

58 ▶ 영역 검색 예 1 Q1 R1 r1 R3 R2 r13 r12 R5 r2 r10 r14 r11 r6 r4 R4 R6 r9 r5

59 ▶ 영역 검색 예 1 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 노드 d 노드 e 노드 f 노드 g
노드 h r1 r13 r14 r4 r6 r2 r10 r12 r5 r7 r8 r3 r9 r11

60 ▶ 영역 검색 예 2 Q2 R1 r1 R3 R2 r13 r12 R5 r2 r10 r14 r11 r6 r4 R4 R6 r9 r5

61 ▶ 영역 검색 예 2 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 노드 d 노드 e 노드 f 노드 g
노드 h r1 r13 r14 r4 r6 r2 r10 r12 r5 r7 r8 r3 r9 r11

62 ▶ k-NN 질의 질의점으로부터 가장 가까운 k개의 데이타를 검색 예) 3-NN 질의 예 Q1 R1 R3 r1 R2 r13

63 ▶ k-NN 질의 알고리즘 kNNSearch(Node Root, Point P, int k) { NumResult = 0;
   PQ.clear(); // 우선순위 큐 초기화    distance = CaculateDistance(Root, P);    PQ.insert(distance, Root, NODE_TYPE);  // 우선순위 큐에 루트 삽입    while(NumResult<k, && !PQ.isEmpty()) {       node = PQ.delete();       if (IsNodeType(p)) {          // 노드일 경우 하위 엔트리를 우선순위 큐에 모두 추가                 for (i=0; i<node.NumberOfEntry(); i++) {             distance = CaculateDistance(node.entry[i], P);             if (node.level==0) {                 // 리프노드의 엔트리는 데이타 객체                 PQ.insert(distance, node.entry[i], OBJECT_TYPE);             }else                 PQ.insert(distance, node.entry[i], NODE_TYPE);             }          }       }else {          // 결과 발견          PrintResult(node);          NumResult ++;       }    } }

64 ▶ k-NN 질의 예 우선 순위 큐 질의 결과 (a) Root (b) R1 R2 (c) R2 R4 R3 (d) R4 R5 R6
(e) r6 R5 r4 R6 R3 R7 (f) R5 r4 R6 R3 R7 r6 (g) r12 r4 R6 r10 R3 R7 r2 r6 (h) r4 R6 r10 R3 R7 r2 r6 r12 (i) R6 r10 R3 R7 r2 r6 r12 r4

65 ▶ 삽입 알고리즘 리프노드 선택: 데이타를 삽입할 리프 선택. ChooseLeaf 알고리즘 사용
리프노드에 데이타 저장 : 선택된 리프노드에 빈 공간이 있으면 새로운 엔트리 E를 저장. 빈 공간이 없는 경우 노드를 분할, E를 저장 트리 재조정: 데이타가 삽입된 경로를 따라 새로운 데이타 삽입에 따라 변화된 MBR들을 조정. 새로 분할 된 노드 삽입. 중간 노드의 분할이 일어날 수 있음 트리 높이 증가 : 만일 루트 노드가 분할되어야 하면 루트 노드를 분할하고 분할 된 두 노드를 새로 루트 노드를 만들어 저장. 이 경우 트리의 높이가 1증가한다.

66 ▶ 삽입 알고리즘 - 리프 노드 선택 ChooseLeaf 알고리즘 ① N은 루트노드 T에서 시작
② N이 리프노드이면 N을 반환 ③ N이 리프노드가 아니면 N의 엔트리 가운데 E가 삽입되었을 경우 MBR의 크기가 가장 작게 증가하는 엔트리 F를 선택, 만일 증가하는 크기가 같으면 MBR의 크기가 더 작은 엔트리를 선택 (면적 최소) ④ 선택된 엔트리F가 가리키는 노드를 N으로 하여 알고리즘 ②부터 반복 수행

67 ▶ 삽입 알고리즘 - 트리의 분할 방법 분할 된 두 노드 MBR의 합을 최소가 되도록 분할을 선택
 검색시 불필요한 노드의 탐색을 줄일 수 있음 (a)를 2개의 노드에 2개씩 분할하는 3가지 방법 예 r2 r3 r2 r3 r2 r3 r2 r3 r1 r4 r1 r4 r1 r4 r1 r4 (a) (b) {r1,r2},{r3,r4} (c) {r1,r3},{r2,r4} (d) {r1,r4},{r2,r3}

68 ▶ R-트리의 삽입 예 r15를 새로 삽입하려는 경우 R1 R3 r1 R2 r13 r12 R5 r2 r15 r14 r10 r6

69 ▶ 삽입 전 R-트리 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 노드 d 노드 e 노드 f 노드 g
노드 h r1 r13 r14 r4 r6 r2 r10 r12 r5 r7 r8 r3 r9 r11

70 ▶ R-트리의 삽입 예 ① 리프노드 선택 : ② 리프노드 h에 데이타 저장 : ③ 트리 재조정 :
MBR R7에 추가할때가 MBR의 크기가 가장 작게 커지므로 노드 h가 새로운 데이타를 삽입할 리프노드로 선택된다. ② 리프노드 h에 데이타 저장 : 노드 h를 MBR R8을 포함하는 노드 h와 MBR R9를 포함하는 노드 i로 분할된다. 노드 i에 데이타를 저장 ③ 트리 재조정 : 부모 노드에 저장된 h노드의 MBR R7을 새로운 MBR R8로 변경하고 새로 삽입된 노드 i에 관한 엔트리를 추가. 노드 c역시 빈 공간이 없으므로 다시 분할, 그 결과 R5와 R6을 가진 노드 c와 R8과 R9를 가진 노드 j로 분할됨. 다시 트리의 재조정을 하면 마지막으로 분할된 노드 c의 부모인 루트 노드 a에 노드 c의 MBR을 R10으로 변경하고, 빈 공간에 노드 j의 MBR인 R11을 저장하면 모든 트리의 조정이 끝난다.

71 ▶ 삽입 결과 R1 r1 R3 R10 r13 R11 r12 R5 r2 r15 r10 r14 r11 r6 r4 R4 R6 r9

72 ▶ 삽입 결과 노드 a R1 R10 R11 노드 b 노드 c 노드 j R3 R4 R5 R6 R8 R9 노드 d 노드 e
노드 f 노드 g 노드 h 노드 i r1 r13 r14 r4 r6 r2 r10 r12 r5 r7 r8 r3 r9 r11 r15

73 ▶ R-트리의 삭제 리프노드 탐색:삭제될 데이타를 가지는 엔트리를 가지는 리프노드를 찾는다.
해당 엔트리 삭제: 리프노드에서 해당 엔트리를 삭제한다. 언더플로 처리: 리프노드의 엔트리 개수가 m보다 작으면 언더플로가 발생하게 된다. 언더플로가 발생 노드 삭제후 노드의 모든 엔트리 트리에 재 삽입 언더플로는 트리의 루트 방향으로 전파될 수 있다. m개 이하의 엔트리를 가지는 중간 노드 역시 노드를 삭제하고 트리에 재삽입한다. 중간 노드를 재삽입할 경우 이 노드는 원래의 레벨에 삽입되어야 한다. MBR이 변하게 될 경우 트리의 루트까지 경로를 따라 MBR을 조정한다. 트리가 모두 조정된 후에도 트리의 루트가 단지 하나의 자식만을 가질 경우 루트의 자식 노드를 새로운 로트 노드로 만들고 기존의 루트 노드를 삭제한다. 이 경우 트리의 높이가 1 낮아진다.

74 ▶ R-트리의 분석 d 차원의 데이타를 처리하기 위한 B 트리의 확장으로서 중간 노드와 리프 노드로 구성된 높이 균형 트리
리프 노드 : 공간 데이타에 대한 인덱스 엔트리 저장 중간 노드 : 하위 노드의 각 엔트리의 사각형을 포함하는 사각형 엔트리들로 구성 탐색 : 포함과 겹칩 관계가 중요 포함과 겹침 관계가 최소일 때 가장 효율적임 최소 포함은 죽은 공간(dead space) 즉, 빈 공간의 양을 감소시킴 겹침 : 높이 h, 레벨 h-l에서 k개의 노드가 겹치면, 최악은 k 노드 접근 N개의 인덱스를 갖는 R-트리의 높이는 최대  logmN  (각 노드의 분기율이 적어도 m) 루트를 제외한 모든 노드에서 최악의 공간 활용도 (space utilization)는 m/M 트리의 높이를 감소시키면 공간 활용도는 증가

75 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R+-트리 R*-트리

76 R-트리 변형 트리 R-트리의 성능 향상이나 다양한 응용 지원을 위한 여러가지 R-트리의 변형 트리들이 있음
k-d-B 트리의 특징이 접목 R*-트리 R-트리의 삽입, 삭제 알고리즘 개선

77 ▶ R+-트리 겹치는 데이타는 여러노드에 중복 저장  중간 노드간의 겹침을 없앰  검색 시 불필요한 노드 탐색을 줄임
② R+-트리의 중간 노드의 엔트리들의 MBR은 겹치지 않는다. ③ R+-트리의 데이타 객체는 하나 이상의 리프 노드에 저장될 수 있다.

78 ▶ R+-트리의 예 R1 r1 R3 R2 r13 R7 r12 r2 r10 r14 r11 r6 R4 r4 R6 r9 r5 r7

79 ▶ R+-트리의 예 중복저장 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 R8 노드 d 노드 e 노드 f
노드 g 노드 h 노드 i r1 r13 r4 r6 r14 r4 r5 r8 r4 r7 r12 r2 r10 r11 r3 r9 r11 중복저장

80 ▶ R+-트리의 검색 예 1 R1 r1 R3 R2 r13 R7 r12 r2 r10 r14 r11 r6 R4 r4 R6 r9

81 ▶ R+-트리의 검색 예 1 3개의 노드 방문 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 R8 노드 d
노드 e 노드 f 노드 g 노드 h 노드 i r1 r13 r4 r6 r14 r4 r5 r8 r4 r7 r12 r2 r10 r11 r3 r9 r11 3개의 노드 방문

82 ▶ R+-트리의 검색 예 2 R1 r1 R3 R2 r13 R7 r12 r2 r10 r14 r11 r6 R4 r4 R6 r9

83 ▶ R+-트리의 검색 예 2 6개의 노드 방문 노드 a R1 R2 노드 b 노드 c R3 R4 R5 R6 R7 R8 노드 d
노드 e 노드 f 노드 g 노드 h 노드 i r1 r13 r4 r6 r14 r4 r5 r8 r4 r7 r12 r2 r10 r11 r3 r9 r11 6개의 노드 방문

84 ▶ R+-트리의 삽입, 삭제 연산 일반적으로 R-트리보다 복잡 데이타를 삽입 데이타 삭제
하나의 데이타가 여러 리프 노드에 중복될 수 있기 때문 데이타를 삽입 여러 패스를 따라 데이타를 삽입 노드를 분할하는 경우, 겹치는 영역없이 노드를 분할할 수 있는 축을 찾아야함 겹치는 영역이 없이 분할하는 것이 불가능할 경우 하부 엔트리를 중복하여 저장 데이타 삭제 해당 객체가 하나 이상의 리프 노드에 저장될 수 있으므로 해당하는 모든 리프노드에서 해당 객체를 삭제하여야 한다. 삭제가 많이 발생한 뒤에는 공간 활용도가 매우 나빠지게 되는데, 이와 비슷한 현상은 k-d-B 트리에서도 발생한다. 이런 경우에는 성능을 고려하여 주기적으로 서브트리들을 재구성해야만 한다.

85 ▶ R+-트리의 장단점 장점 단점 MBR이 겹치는 문제점을 해결 불필요한 노드 탐색을 줄임

86 다차원 공간 파일 정의 다차원 공간 파일의 종류 PAM (Point Access Method)
k-d트리 k-d-B 트리 격자화일 사분트리 SAM (Spatial Access Method) R-트리 R+-트리 R*-트리

87 ▶ R*-트리 R-트리와 기본적인 구조 및 연산이 동일 삽입, 삭제 시 몇가지 알고리즘 개선
① 면적(area) 최소화 ② 겹침영역(overlap) 최소화 ③ 둘레 길이(margin) 최소화: 정사각형에 가까운 모양의 MBR이 좋음 ④ 저장장소 이용률(storage utilization) 최소화 : 트리의 노드 수를 줄일 수 있고, 트리의 높이를 낮은 상태로 유지할 수 있음

88 ▶ R*-트리의 변경 사항 ChooseLeaf 알고리즘 변경 노드 분할 알고리즘 변경: 2단계 heuristic 사용
중간 노드 선택 : 면적최소화 리프 노드 선택 : 겹침 영역 최소화 노드 분할 알고리즘 변경: 2단계 heuristic 사용 분할 축 선택 : 둘레길이 최소화 분할 선택 : 겹침 영역 최소화 (같을 경우 면적 최소화) 강제적 재삽입 전략 오버플로 발생시 노드의 M+1개의 데이타 중 트리의 중심에서 멀리 떨어진 p개(보통 30%)를 강제로 트리에 재 삽입 이점 ① 겹침 영역이 줄어듬 ② 분할 비용을 줄일 수 있음 ③ MBR 모양이 정사각형에 가깝게 변함

89 ▶ R*-트리의 장점 R-트리의 기본 구조나 연산을 유지하고 있으므로 구현이 비교적 간단
삽입, 삭제 알고리즘 개선으로 질의 성능이 우수