跳表是一种概率型数据结构,其目的是为了提高在链表上查找元素的速度。跳表通过在多个层级上存储元素的索引,使得查找、插入和删除操作的时间复杂度平均为 O(log n)。
跳表的基本概念
跳表由多层链表组成,每一层都是下面一层的“快捷方式”。最高层(最上面的一层)包含链表中的部分元素,而每一层下面一层都包含更多的元素,直到最低层(最下面的一层)包含了所有的元素。这种设计允许我们在查找过程中跳过大量的节点,从而大大提高查找效率。
节点结构
每个节点除了包含一个或多个元素外,还包含指向同一层其他节点的指针,以及指向下一层节点的指针。这些指针使得我们可以从顶层开始查找,如果目标值不在当前节点,则可以根据比较结果选择向左或向右移动,或者向下移动到下一层继续查找。
层级分配
跳表中的层级并不是固定的,而是根据一定的概率来决定的。通常情况下,新插入的节点会以一定概率被分配到更高层。例如,假设每次增加一层的概率是50%,那么大约一半的新节点会被分配到第二层,四分之一的节点会被分配到第三层,以此类推。这种随机分配的方式保证了跳表的高度是 O(log n) 级别的,从而确保了高效的查找性能。
跳表的实现
跳表的实现可以分为几个主要部分:节点的定义、初始化、插入、删除和查找操作。
节点定义
class SkipListNode { constructor(key, level) { this.key = key; // 存储的关键字 this.forward = new Array(level).fill(null); // 指向下一节点的指针数组 } }
初始化跳表
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插入操作
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删除操作
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查找操作
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总结
跳表通过在多个层级上存储元素的索引,使得查找、插入和删除操作的时间复杂度平均为 O(log n)。这种数据结构特别适用于需要频繁进行动态插入和删除操作的场景,并且相比于平衡二叉树等其他数据结构,跳表更容易实现和维护。