跳表的数据结构
跳表全称叫做跳跃表,简称跳表。跳表是一个随机化的数据结构,实质就是一种可以进行二分查找的有序链表。跳表在原有的有序链表上面增加了多级索引,通过索引来实现快速查找。跳表不仅能提高搜索性能,同时也可以提高插入和删除操作的性能。
跳表的数据结构其中-1表示INT_MIN, 链表的最小值,1表示INT_MAX,链表的最大值。
跳表的性质
- 由很多层结构组成
- 每一层都是一个有序的链表
- 最底层(Level 1)的链表包含所有元素
- 如果一个元素出现在Level i的链表中,则它在Level i之下的链表也都会出现。
- 每个节点包含两个指针,一个指向同一链表中的下一个元素,一个指向下面一层的元素。
1. 跳表的get操作
查找元素117的过程例子:查找元素 117
- 比较21,比21大,往后面找
- 比较37, 比37大,比链表最大值小,从37的下面一层开始找
- 比较71, 比71大,比链表最大值小,从71的下面一层开始找
- 比较85,比85大,从后面找
- 比较117,等于117, 找到了节点。
2. 跳表的insert操作
先确定该元素要占据的层数 K(采用丢硬币的方式,这完全是随机的)
然后在 Level 1 ... Level K 各个层的链表都插入元素。
例子:插入 119, K = 2
跳表的insert操作如果 K 大于链表的层数,则要添加新的层。
例子:插入 119, K = 4
跳表的insert操作丢硬币决定K的值
插入元素的时候,元素所占有的层数完全是随机的,通过一下随机算法产生:
public int random_level() {
int k = 1;
while (Math.random() <= 0.5f) {
k++;
}
return k;
}
相当于做一次丢硬币的实验,如果遇到正面,继续丢,遇到反面,则停止。各个元素的层数,期望值是2层。
3. 跳表的delete操作
在各个层中找到包含 x 的节点,使用标准的 delete from list 方法删除该节点。
例子:删除 71
跳表的delete操作实现步骤
- 定义一个跳表的Node类
- 私有变量,保存层数K和链表最高层最小的节点(即最左结点)
- 按照上面的图,写出每个函数,注意边界判断
需求只要很明确,接下来都是体力活了。代码就不写了,毕竟跳跃表只是个思想,很多细节东西都是因人而异,因业务而异。
总结
大部分编程语言中的Map类型都是通过红黑树实现的,我们在写程序的时候,可以直接拿过来用,不用自己再去实现一个红黑树。但是跳表并没有一个现成的实现,所以在开发中,如果要使用跳表这种数据结构,需要自己先去实现。
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