跳表：超越链表的结构

后端

2023-08-07 13:07:46

跳表：跨越平凡，数据结构的飞跃

什么是跳表？

在数据结构的世界里，链表是一种简单而强大的结构，用于存储和组织数据。然而，在某些情况下，链表在执行查找操作时会遇到效率瓶颈，尤其是当数据量庞大时。

跳表横空出世，成为解决链表查找性能瓶颈的妙招。它本质上是一种分层的链表结构，将数据分布在多个层级中，每层都比上一层跨越更大的范围。这就像一条多车道的公路，让你可以快速跳过不相关的数据，直达目标。

跳表的优势

与传统的链表相比，跳表在查找性能方面拥有显著优势：

更快的查找： 跳表利用其分层结构，可以快速跳过不相关的数据，缩短查找时间。
更稳定的性能： 跳表的查找时间与数据量无关，始终保持稳定，避免了传统链表中可能出现的性能波动。
更强大的查找： 跳表不仅可以根据相等条件查找数据，还可以根据范围条件查找数据，满足更多场景下的需求。

手把手教你编写一个跳表

为了让你更好地理解跳表的原理，我们来一起编写一个简单的跳表。

class Node {
    int key;
    int value;
    Node next;
    Node down;

    public Node(int key, int value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }
}

class SkipList {
    private static final double P = 0.5;
    private Node head;
    private int size;

    public void add(int key, int value) {
        Node newNode = new Node(key, value);
        Node current = head;
        Node prev = null;
        while (current != null && current.key < key) {
            prev = current;
            current = current.next;
        }

        // 如果prev为空，说明是插入头节点
        if (prev == null) {
            head = newNode;
        } else {
            prev.next = newNode;
        }

        // 随机决定是否向上插入
        double r = Math.random();
        if (r < P) {
            Node upNode = new Node(key, value);
            while (prev != null && prev.up == null) {
                prev = prev.down;
            }
            if (prev != null) {
                upNode.down = prev.up;
                prev.up = upNode;
            } else {
                head = upNode;
            }
        }

        size++;
    }

    public int get(int key) {
        Node current = head;
        while (current != null) {
            if (current.key == key) {
                return current.value;
            } else if (current.key < key) {
                current = current.next;
            } else {
                current = current.down;
            }
        }
        return -1;
    }
}