用Python深入理解跳跃表原理及实现
最近看 Redis 的实现原理,其中讲到 Redis 中的有序数据结构是通过跳跃表来进行实现的。第一次听说跳跃表的概念,感到比较新奇,所以查了不少资料。其中,网上有部分文章是按照如下方式描述跳跃表的:
这种描述便于理解,很容易让人理解到跳跃表是建立了类似索引的东西,从而提高效率的。但是,这样描述给人的感觉是,数据有多份存储,每份数据有两个指针,指向下层数据的指针和指向右面数据的指针。然而实际并不是这样的,实际的数据结构如下:
即:并非由多份数据,而是每份数据有多层指针。
那么,什么是跳跃表,跳跃表有什么特点呢?
- Skip lists are data structures that use probabilistic balancing rather than strictly enforced balancing. As a result, the algorithms for insertion and deletion in skip lists are much simpler and significantly faster than equivalent algorithms for balanced trees.
从定义中可以看出,跳跃表是为了解决平衡树插入或者删除操作过于复杂而进行设计的。的确,平衡树在插入或者删除时,需要维持平衡而进行过多的操作,学过数据结构的同学想到平衡树、红黑树等都不寒而栗吧。而跳跃表则没有这种问题,采用了随机的思想简化了维持平衡的过程,而保持查找的时间复杂度依旧是O(log N)。
跳跃表有如下特点:
(1) 每个跳跃表由很多层结构组成;
(2) 每一层都是一个有序链表,且第一个节点是头节点;
(3) 最底层的有序链表包含所有节点;
(4) 每个节点可能有多个指针,这与节点所包含的层数有关;
(5) 跳跃表的查找、插入、删除的时间复杂度均为O(log N)。
从上面的结构也可以看出,跳跃表的核心思想就是,每一个节点既包含指向下一个节点的指针,也可能包含很多个指向后续节点的指针,这样在查找、插入、删除某个节点的过程中,可以避免一些不必要的节点,从而提高效率。
所以,每个节点的数据结构设计如下:
跳跃表的设计如下:
那么,如何进行查找呢?
假设查找5,那么在查找的过程中,需要从最高层开始查找(毕竟,越高层越表示索引嘛,很可能一下子就找到数据了),如果元素小于5,则一直向右查找。若遇到大于5的,则降低一层,在下一层继续查找。查找的流程如下图所示:
查找的代码如下:
插入的过程是怎么样的呢?
插入的过程包括如下4个步骤:
1、首先,需要找到每一层要插入节点的位置,并保存(用于后续调整指针);
2、确定该节点包含的层数,初始化要插入的节点;
3、相关的指针的调整;
4、若跳跃表层数增加,需要调整Header节点。
如下图,若要插入key 为4.5的节点,先要找到需要插入的位置,如图中黄线所示,然后随机生成一个层数(范围是1层到当前跳跃表层数+1,随机数生成器可以自行设计),初始化该节点,然后进行调整指针。
假设随机生成的层数为3,那么插入后为:
是不是比平衡树简单多了?当然,如果随机生成的层数为 当前跳跃表层数+1,那么跳跃表层数增加一层,header节点需要增加一层。
Python实现如下:
删除操作呢?跟插入操作类似,但是更为简单,只需要如下3个步骤:
1、首先,需要找到每一层要删除节点的位置,并保存(用于后续调整指针);
2、相关的指针的调整;
3、若层数减少,需要调整跳跃表层数和Header节点。
如果删除6这个节点,找到相应的位置,然后调整指针即可:
删除后的结果为:
Python代码实现为:
这里需要注意,如果删除元素后导致层数发生变化,那么需要对header节点进行调整的,即降低一层。
跳跃表的原理及实现你是否深入理解了?
用Python深入理解跳跃表原理及实现的更多相关文章
- 跳跃表-原理及Java实现
跳跃表-原理及Java实现 引言: 上周现场面试阿里巴巴研发工程师终面,被问到如何让链表的元素查询接近线性时间.笔者苦思良久,缴械投降.面试官告知回去可以看一下跳跃表,遂出此文. 跳跃表的引入 我们知 ...
- 浅析SkipList跳跃表原理及代码实现
本文将总结一种数据结构:跳跃表.前半部分跳跃表性质和操作的介绍直接摘自<让算法的效率跳起来--浅谈“跳跃表”的相关操作及其应用>上海市华东师范大学第二附属中学 魏冉.之后将附上跳跃表的源代 ...
- 【Redis】跳跃表原理分析与基本代码实现(java)
最近开始看Redis设计原理,碰到一个从未遇见的数据结构:跳跃表(skiplist).于是花时间学习了跳表的原理,并用java对其实现. 主要参考以下两本书: <Redis设计与实现>跳表 ...
- 【转】浅析SkipList跳跃表原理及代码实现
SkipList在Leveldb以及lucence中都广为使用,是比较高效的数据结构.由于它的代码以及原理实现的简单性,更为人们所接受.首先看看SkipList的定义,为什么叫跳跃表? "S ...
- 查找——图文翔解SkipList(跳跃表)
跳跃表 跳跃列表(也称跳表)是一种随机化数据结构,基于并联的链表,其效率可比拟于二叉查找树(对于大多数操作须要O(logn)平均时间). 基本上.跳跃列表是对有序的链表添加上附加的前进链接,添加是以随 ...
- 跳跃表Skip List的原理和实现
>>二分查找和AVL树查找 二分查找要求元素可以随机访问,所以决定了需要把元素存储在连续内存.这样查找确实很快,但是插入和删除元素的时候,为了保证元素的有序性,就需要大量的移动元素了.如果 ...
- 跳跃表Skip List的原理
1.二分查找和AVL树查找 二分查找要求元素可以随机访问,所以决定了需要把元素存储在连续内存.这样查找确实很快,但是插入和删除元素的时候,为了保证元素的有序性,就需要大量的移动元素了.如果需要的是一个 ...
- python模块之HTMLParser之穆雪峰的案例(理解其用法原理)
# -*- coding: utf-8 -*- #python 27 #xiaodeng #python模块之HTMLParser之穆雪峰的案例(理解其用法原理) #http://www.cnblog ...
- Skip List(跳跃表)原理详解与实现【转】
转自:http://dsqiu.iteye.com/blog/1705530 Skip List(跳跃表)原理详解与实现 本文内容框架: §1 Skip List 介绍 §2 Skip List 定义 ...
随机推荐
- Linux内存管理学习笔记——内存寻址
最近开始想稍微深入一点地学习Linux内核,主要参考内容是<深入理解Linux内核>和<深入理解Linux内核架构>以及源码,经验有限,只能分析出有限的内容,看完这遍以后再更深 ...
- 关于selenium获取token sessionid
# 获取sessionid def get_sessionid(self): # 是要从localStorage中获取还是要从sessionStorage中获取,具体看目标系统存到哪个中 # wind ...
- 更换php工具箱出现问题 CI框架的问题 【问题解决】
2018/10/08 09:56:47 [error] 8472#8588: *1 FastCGI sent in stderr: "PHP Warning: Unknown: open_ ...
- git 从远程仓克隆到本地新分支
克隆远程仓代码到本地 git clone http://******:8080/DEV1-WMALL_DQ/WMALL_DQ_Front.git // git 库地址 当前分支是master ...
- 轻量ORM-SqlRepoEx (十四)最佳实践之Dapper(1)
简介:SqlRepoEx是 .Net平台下兼容.NET Standard 2.0人一个轻型的ORM.解决了Lambda转Sql语句这一难题,SqlRepoEx使用的是Lambda表达式,所以,对c#程 ...
- 位图索引对于DML操作的影响
位图索引相对于常规的B-tree 索引,有着体积更加小的优势,节省空间.对于重复率特别高的字段,比如性别,比如省份.查询效率要优于B-tree 索引.那为什么我们总被告知在业务库中不要使用呢? 业务库 ...
- JS如何截取-后面的字符串
str为要截取的字符串 通过获取字符串中“-”的坐标index,其他特殊字符以此类推 var index=str.lastIndexOf("\-"); str=str.subst ...
- Hadoop相关笔记
一. Zookeeper( 分布式协调服务框架 ) 1. Zookeeper概述和集群搭建: (1) Zookeeper概述: Zookeeper 是一个分布式 ...
- echarts踩坑---容器高度自适应
在echarts中,若设置固定高度,当柱状图数据过多时会出现数据相互挤压,给用户的体验十分糟糕,可以通过给容器设置自适应高度,然后通过getDom()的方法解决此问题. 具体解决办法如下: <d ...
- 树莓派3B+学习笔记:7、挂载exfat格式U盘
树莓派的官方系统,默认不支持exfat格式U盘挂载. 插入exfat格式U盘会出现以下错误提示: 安装exfat-fuse后可以正常识别,需要在命令行执行以下命令,按“y”键回车确认: sudo ap ...