跳表及其Java实现

跳表及其实现

参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/339750543

import java.util.Objects;
import java.util.Random;
import java.util.Stack;
 
/**
 * 参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/339750543
 */
public class SkipListPractice {
    static class SkipNode<T>{
        SkipNode<T> right;
        SkipNode<T> down;
        int key;
        T value;
        public SkipNode(int _key,T _value){
            key = _key;
            value = _value;
        }
    }
 
    /**
     * 跳表其实是作为红黑树和AVL树的同类型的数据结构，
     * 跳表（Skip List）是一种数据结构，通常用于存储有序的键值对集合。
     * 在大多数实现中，跳表的键（key）是唯一的，这意味着键值不会重复。
     * @param <T>
     */
     static class SkipList<T>{
        SkipNode<T> head;
        int currentHighestLevel;//高度
        Random random;
        final int MAX_LEVEL = 32;
        public SkipList(){
            head = new SkipNode<T>(-1, null);
            random = new Random();
            currentHighestLevel = 0;
        }
        public void put(int key,T value){
            SkipNode<T> searchResult = search(key);
            if (Objects.nonNull(searchResult)){
                //说明已经有这个key了，那么就不要再处理了
                return;
            }
            Stack<SkipNode<T>> stack = new Stack<>();
            //用来存向下遍历时经过的节点，因为添加节点是从下往上进行的
            //在n层添加完新节点后，如何马上在n+1层快速找到添加新节点的位置？
            //答：那就是通过栈，栈非空则表示还需要进行添加新节点的操作
            SkipNode<T> pointer = head;
            while(pointer != null){
                if (pointer.right == null || pointer.right.key > key){
                    stack.add(pointer);//该往下层走了，就需要入栈了
                    pointer = pointer.down;
                }else{
                    pointer = pointer.right;
                }
            }
            int level = 1;
            SkipNode<T> downNode = null;//用于记录新节点创立后，新节点的down节点
            while (!stack.isEmpty()){
                //在该层插入node
                pointer = stack.pop();//pointer是新节点的前驱节点
                SkipNode<T> tempNode = new SkipNode<>(key, value);//新节点
                tempNode.down = downNode;//给新节点的down字段赋值
                downNode = tempNode;//如果还有新节点，那么新节点的down节点就是本节点
                //进行新加节点操作
                tempNode.right = pointer.right;
                pointer.right = tempNode;//因为pointer是前驱节点，所以直接赋值即可插入新节点
                if (level > MAX_LEVEL){//如果当前的level已经大于跳表允许的最大level，则跳出循环
                    break;
                }
                double num = random.nextDouble();//概率计算，是否往上再加一层
                if (num > 0.5){
                    //大于0.5才再继续往上新建一层
                    break;
                }
                level++;
                if (level > currentHighestLevel){
                    //大于当前的高度了，只有这种情况，才需要重新初始化新的头节点了
                    currentHighestLevel = level;
                    SkipNode<T> highHeadNode = new SkipNode<T>(-1, null);//头节点的key不重要，随机即可，
                    highHeadNode.down = head;
                    head = highHeadNode;
                    stack.add(highHeadNode);
                    //因为我要给新的头节点的右侧添加新节点，这个过程是否会再次往上呢？
                    //这个我们不清楚，索性就加到栈里面，再走一次这样的流程即可。
                }
            }
        }
        public SkipNode<T> search(int key){
            SkipNode<T> pointer = this.head;
            boolean ifFirst = true;//用于标记是否是第一次访问到head
            while(pointer != null){
                if (pointer.key == key && !ifFirst){
                    return pointer;
                }else if(pointer.right == null || pointer.right.key > key){
                    pointer = pointer.down;
                }else{
                    pointer = pointer.right;
                }
                ifFirst = false;
            }
            return null;
        }
 
        public void delete(int key){
            SkipNode<T> pointer = head;
            while(pointer != null){
                if (pointer.right == null || pointer.right.key > key){
                    pointer = pointer.down;
                }else if (pointer.right.key == key){
                    //说明找到了，进行删除节点操作并且继续向下;
                    //这里不暂存这个节点的原因是，我们需要找到前序的节点才能进行删除，
                    //所以删除完毕之后直接在本pointer向下继续查找；
                    pointer.right = pointer.right.right;
                    pointer = pointer.down;
                }else{
                    pointer = pointer.right;
                }
            }
        }
 
        public void printList(){
            SkipNode<T> pointer = head;
            int index = 1;
            SkipNode<T> lowestNode = head;
            while(lowestNode.down != null){
                lowestNode = lowestNode.down;
            }
            while(pointer != null){
                SkipNode<T> enumNode = pointer.right;
                SkipNode<T> enumLast = lowestNode.right;
                System.out.printf("%-8s",index+"head->");
                //因为打印是从上往下打印的，为了方便与最底层对应
                //如果上层的key和最底层的key一致，那么就打印出来
                //如果不一致，那就空出位置来对应，不打印；不用担心
                //上层元素不会打印全部，因为底层元素是上层元素的超集
                while(enumLast != null && enumNode != null){
                    if (enumLast.key == enumNode.key){
                        System.out.printf("%-5s",enumLast.key+"->");
                        enumNode = enumNode.right;
                        enumLast = enumLast.right;
                    }else{
                        enumLast = enumLast.right;
                        System.out.printf("%-5s","");
                    }
                }
                pointer = pointer.down;
                index++;
                System.out.println();
            }
        }
    }
 
 
 
    public static void main(String[] args) {
        SkipList<Integer> skipList = new SkipList<>();
        for (int i = 0;i < 30;i++){
            skipList.put(i,324);
        }
        skipList.printList();
        System.out.println("删除后：");
        skipList.delete(5);
        skipList.delete(0);
        skipList.delete(10);
        skipList.printList();
    }
}