Java数据结构之实现跳表
更新时间：2021年05月24日 10:32:36 作者：长齐克斯
今天带大家来学习Java数据结构的相关知识,文中对用Java实现跳表作了非常详细的图文解说及代码示例,对正在学习java的小伙伴们有很好地帮助,需要的朋友可以参考下
一、跳表的定义
跳跃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(对于大多数操作需要O(log n)平均时间)，并且对并发算法友好。
SkipList(跳表）是一种可以代替平衡树的数据结构，默认是按照Key值升序的。SkipList让已排序的数据分布在多层链表中，以0-1随机数决定一个数据的向上攀升与否，通过“空间来换取时间”的一个算法，在每个节点中增加了向前的指针，在插入、删除、查找时可以忽略一些不可能涉及到的结点，从而提高了效率。
在Java的API中已经有了实现：分别是:
ConcurrentSkipListMap(在功能上对应HashTable、HashMap、TreeMap) ；
ConcurrentSkipListSet(在功能上对应HashSet).
确切来说，SkipList更像Java中的TreeMap，TreeMap基于红黑树（一种自平衡二叉查找树）实现的，时间复杂度平均能达到O(log n)。
HashMap是基于散列表实现的，时间复杂度平均能达到O(1)。ConcurrentSkipListMap是基于跳表实现的，时间复杂度平均能达到O(log n)。
SkipList的性质
(1) 由很多层结构组成，level是通过一定的概率随机产生的。
(2) 每一层都是一个有序的链表，默认是升序
(3) 最底层(Level 1)的链表包含所有元素。
(4) 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。
(5) 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。
图示：
二、跳表搜索
例子：查找元素 117
(1) 比较 21， 比 21 大，往后面找
(2) 比较 37, 比 37大，比链表最大值小，从 37 的下面一层开始找
(3) 比较 71, 比 71 大，比链表最大值小，从 71 的下面一层开始找
(4) 比较 85， 比 85 大，从后面找
(5) 比较 117， 等于 117， 找到了节点。
/**
* 找到元素 val 的前一个节点 即 最高层第一次出现的同一行的前一个元素
*/
private Node findPreNode(int val){
Node first = head.getFirst();//从最上层的头节点开始搜索
while (first!=null){
if(first.data < val && first.next.data > val){
if(first.down == null){break;}
first = first.down;//往下搜索
}else if(first.data < val && first.next.data < val){
first = first.next;//往右搜索
}else if(first.data < val && first.next.data == val){
return first;
}
}
return null;
}
三、插入元素
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。
/**
* 随机获取高度,（相当于抛硬币连续出现正面的次数）
* @return
*/
private int getLeavel(){
int k = 0;
while(rd.nextInt(2) == 1){
k ++;
}
return k;
}
例子：插入 119， K = 2
如果 K 大于链表的层数，则要添加新的层。
例子：插入 119， K = 4
四、删除元素
从上往下删除
/**
* 向跳表中删除元素，从上往下删除，每次找到所在行的前一个节点
* @param val
* @return 如果找不到 待删除元素 则返回 false
*/
boolean delete(int val){
Node lindPre = findPreNode(val);//找到待删除元素的最上层的前一个节点
if(lindPre == null){
return false;
}
while (true){
lindPre.next = lindPre.next.next;
lindPre = lindPre.down;//往下遍历，直到最底下一层
if(lindPre==null){break;}//跳出循环
//找到待删除元素所在行的前一个节点
while (lindPre.next.data != val){
lindPre = lindPre.next;
}
}
size--;
return true;
}
五、完整代码
package com.longstudy.algorithm;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Random;
/**
* @anthor longzx
* @create 2021 05 21 15:20
* @Description 跳表抽象数据结构
**/
public class SkipList {
//使用头插法插入新节点
LinkedList<Node> head;//每一行的头结点，相当于跳表的第一列， 默认设置为 Integer.MIN_VALUE
LinkedList<Node> tail;//每一行大最后一个节点，相当与跳表的最后一列 Integer.MAX_VALUE
Random rd ;//用于生成随机数数
int hight=-1;//当前跳表的层数，hight从0开始,初始值为-1，
int size;//所有的节点数
public SkipList(){
this.head = new LinkedList<>();
this.tail = new LinkedList<>();
this.rd = new Random();
}
public static void main(String[] args) {
SkipList sl = new SkipList();
int[] arr = new int[500];
for (int i = 0; i < 500; i++) {
arr[i] = (int)(Math.random()*600);
}
sl.arrayToSkipList(arr);
sl.showSkipList();
System.out.println(sl.find(100));
System.out.println(sl.find(50));
System.out.println(sl.find(99));
System.out.println("清空跳表");
sl.clear();
sl.showSkipList();
}
/**
* 节点内部类
*/
private class Node{
int data;//存放数据
Node next;//指向右边节点
Node down; //指向下面节点
int level;//当前所在的层
public Node(){}
public Node(int data,int level){
this.data = data;
this.level = level;
}
public Node(int data,int level,Node next,Node down){
this.data = data;
this.level = level;
this.next = next;
this.down =down;
}
}
/**
* 向跳表中加添加元素
* 是否考虑重复元素？？？？？？？？？？
* @param val
* @return
*/
boolean add(int val){
int k = getLeavel();//获得层数
//层数比当前大的时候，增加新的层
if(k>hight){
int i = k-hight;
for (int j = 1; j <=i; j++) {
//新增头节点和尾节点
Node h = new Node(Integer.MIN_VALUE,hight+j);
if(head.size()>0){
h.down = head.getFirst();//往下指
}
Node t = new Node(Integer.MAX_VALUE,hight+j);//尾
if(tail.size()>0){
t.down = tail.getFirst();
}
h.next=t;//头指向尾
tail.addFirst(t);
head.addFirst(h);
}
hight =k;//修改当前的跳表层数
}
return addFromK(val,k);//从第k层添加元素
}
/**
* 从跳表的第k层新增元素
* 被 add(int val) 方法调用
*
*/
boolean addFromK(int val,int k){
Node preNewNode = new Node(val,k);
Node preLine = head.get(hight-k);//获取新增节点所在层的头节点
while (preLine != null){
while (preLine.next.data < val){//往右搜索
preLine = preLine.next;
}
preNewNode.next = preLine.next;
preLine.next = preNewNode;
//如果不是第一层，则建立下一层的新节点
if (preNewNode.level>0){
Node newNode = new Node(val,preNewNode.level-1);
preNewNode.down = newNode;//往下指向新节点
preNewNode = newNode;
}
//往下层建立新节点
preLine = preLine.down;
}
size++;//跳表中的元素数量加一
return true;
}
/**
* 随机获取高度,（相当于抛硬币连续出现正面的次数）
* @return
*/
private int getLeavel(){
int k = 0;
while(rd.nextInt(2) == 1){
k ++;
}
return k;
}
/**
* 向跳表中删除元素，从上往下删除，每次找到所在行的前一个节点
* @param val
* @return 如果找不到 待删除元素 则返回 false
*/
boolean delete(int val){
Node lindPre = findPreNode(val);//找到待删除元素的最上层的前一个节点
if(lindPre == null){
return false;
}
while (true){
lindPre.next = lindPre.next.next;
lindPre = lindPre.down;//往下遍历，直到最底下一层
if(lindPre==null){break;}//跳出循环
//找到待删除元素所在行的前一个节点
while (lindPre.next.data != val){
lindPre = lindPre.next;
}
}
size--;
return true;
}
/**
* 销毁跳表中的所有元素
*/
void clear(){
this.hight=-1;
this.size =0;
this.head = null;
this.tail = null;
}
/**
* 查找跳表中是否存在该元素
* @param val
* @return
*/
boolean find(int val){
return findPreNode(val) !=null;
}
/**
* 找到元素 val 的前一个节点 即 最高层第一次出现的同一行的前一个元素
*/
private Node findPreNode(int val){
Node first = head.getFirst();//从最上层的头节点开始搜索
while (first!=null){
if(first.data < val && first.next.data > val){
if(first.down == null){break;}
first = first.down;//往下搜索
}else if(first.data < val && first.next.data < val){
first = first.next;//往右搜索
}else if(first.data < val && first.next.data == val){
return first;
}
}
return null;
}
/**
* 将数组中的元素添加到跳表中
* @param arr
*/
void arrayToSkipList(int[] arr){
int len = arr.length;
for (int i = 0; i < len; i++) {
add(arr[i]);
}
}
/**
* 从上到下打印跳表的内容
*/
void showSkipList(){
System.out.println("元素个数为："+size);
//从上往下逐层打印
for (int i = 0; i <=hight ; i++) {
Node linFirst = head.get(i);
System.out.print("第"+linFirst.level+"层:\t"+"head ->\t");
linFirst = linFirst.next;//跳过第一列的元素
while (linFirst != null){
if(linFirst.next != null){
System.out.print(""+linFirst.data +'\t'+"->\t");//+ " height:"+linFirst.level
}else {
System.out.println("tail");
}
linFirst = linFirst.next;
}
System.out.println();
}
}
}
到此这篇关于Java数据结构之实现跳表的文章就介绍到这了,更多相关Java跳表内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！
相关文章
Java中JSONObject与JSONArray的使用区别详解
这篇文章主要介绍了Java中JSONObject与JSONArray的使用区别详解，小编觉得挺不错的，现在分享给大家，也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧2017-11-11
这篇文章主要介绍了Java的Spring框架中DAO数据访问对象的使用示例,分为在Spring中DOA与JDBC以及与Hibernate的配合使用两种情况来进行演示,需要的朋友可以参考下2016-03-03
这篇文章主要介绍了spring data JPA 中的多属性排序方式，具有很好的参考价值，希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教2022-02-02
Springboot应用中Mybatis输出SQL日志的3种方法代码示例
在前台请求数据的时候,sql语句一直都是打印到控制台的,有一个想法就是想让它打印到日志里,该如何做呢?这篇文章主要给大家介绍了关于Springboot应用中Mybatis输出SQL日志的3种方法,需要的朋友可以参考下2024-01-01
这篇文章主要介绍了Java synchronize线程安全测试,文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下2020-04-04
Springboot导入本地jar后 打包依赖无法加入的解决方案
这篇文章主要介绍了Springboot导入本地jar后 打包依赖无法加入的解决方案，具有很好的参考价值，希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教2021-11-11
这篇文章主要为大家详细介绍了java简易文本分割器的实现代码，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下2017-07-07
下面小编就为大家带来一篇Jersey实现Restful服务(实例讲解)。小编觉得挺不错的，现在就分享给大家，也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧2017-08-08
本篇文章主要介绍了java validation 后台参数验证的使用详解，小编觉得挺不错的，现在分享给大家，也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧2017-10-10
这篇文章主要介绍了Java日期操作类常见用法,结合实例形式分析了java针对日期时间的获取、转换常见操作技巧,需要的朋友可以参考下2019-07-07
最新评论