python怎么实现跳表SkipList

python怎么实现跳表SkipList

本篇内容介绍了“python怎么实现跳表SkipList”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

跳表

跳表，又叫做跳跃表、跳跃列表，在有序链表的基础上增加了“跳跃”的功能，由William Pugh于1990年发布，设计的初衷是为了取代平衡树（比如红黑树）。
Redis、LevelDB 都是著名的 Key-Value 数据库，而Redis中 的 SortedSet、LevelDB 中的 MemTable 都用到了跳表。
对比平衡树，跳表的实现和维护会更加简单，跳表的搜索、删除、添加的平均时间复杂度是 O(logn)。
跳表的结构如图所示：

可以发现，对于一个节点Node，其含有多个next指针，不同索引的next分别代表不同层次的下一个节点，下次是节点类Node的python定义：

classNode():def__init__(self,key,value,level):""":paramlevel:每个node对应的nexts层数不同"""self.key=keyself.value=valueself.nexts=[None]*level#节点类型next指针，初始值为空def__str__(self):#return"[key:"+str(self.key)+",value:"+str(self.value)+"len:"+str(len(self.nexts))+"]"return"["+str(self.key)+","+str(self.value)+","+str(len(self.nexts))+"]"

关于添加、删除、查找见一下完整代码：

"""跳表SkipList，其初衷是为了替代红黑树"""importrandomimportmkl_randomimporttimeclassSkipList():def__init__(self):#头节点不存储任何数据self.MAX_LEVEL=32#最大level层数self.__first=SkipList.Node(None,None,self.MAX_LEVEL)#头节点self.__level=0#实际的level层数self.__size=0#Jiedian个数self.__p=0.25#用于生成添加节点时的随机levelreturnclassNode():def__init__(self,key,value,level):""":paramlevel:每个node对应的nexts层数不同"""self.key=keyself.value=valueself.nexts=[None]*leveldef__str__(self):#return"[key:"+str(self.key)+",value:"+str(self.value)+"len:"+str(len(self.nexts))+"]"return"["+str(self.key)+","+str(self.value)+","+str(len(self.nexts))+"]"defget(self,key):""":paramkey::return:key对应的value"""self.keyCheck(key)node=self.__firstforlevelinrange(self.__level-1,-1,-1):#在该层查找，key大于节点的key向前查找whilenode.nexts[level]andnode.nexts[level].key<key:node=node.nexts[level]ifnode.nexts[level]andnode.nexts[level].key==key:#相等则找到，否则向下寻找returnnode.nexts[level].valuereturnNonedefput(self,key,value):"""return:原来的value，原来不存在key则为空"""self.keyCheck(key)prev=[None]*self.__levelnode=self.__firstforiinrange(self.__level-1,-1,-1):whilenode.nexts[i]andnode.nexts[i].key<key:node=node.nexts[i]ifnode.nexts[i]andnode.nexts[i].key==key:oldValue=node.nexts[i].valuenode.nexts[i].value=valuereturnoldValueprev[i]=node#保存当前level小于key的nodenewLevel=self.randomLevel()newNode=SkipList.Node(key,value,newLevel)foriinrange(newLevel):ifi<self.__level:newNode.nexts[i]=prev[i].nexts[i]prev[i].nexts[i]=newNodeelse:self.__first.nexts[i]=newNodeself.__size+=1self.__level=max(self.__level,newLevel)returnNonedefremove(self,key):""":return:节点对应的value值，不存在则返回None"""self.keyCheck(key)prev=[None]*self.__levelnode=self.__firstflag=False#该节点是否被查找到foriinrange(self.__level-1,-1,-1):whilenode.nexts[i]andnode.nexts[i].key<key:node=node.nexts[i]ifnode.nexts[i].key==key:flag=Trueprev[i]=nodeifnotflag:returnNoneremovedNode=node.nexts[0]#需要被删除的节点foriinrange(len(removedNode.nexts)):#该nexts一定小于等于prev的长度prev[i].next[i]=removedNode.nexts[i]self.__size-=1newLevel=self.__levelwhilenewLevel>0andnotself.__first.nexts[newLevel-1]:newLevel-=1self.__level=newLevelreturnremovedNode.valuedefkeyCheck(self,key):"""限制传入key不能为空"""ifkey!=0andnotkey:raiseAttributeError("keycannotbeNone")defsize(self):returnself.__sizedefisEmpty(self):returnself.__size==0defrandomLevel(self):#生成一个随机的层数level=1whilemkl_random.rand()<self.__pandlevel<self.MAX_LEVEL:level+=1returnleveldef__str__(self):result=""foriinrange(self.__level-1,-1,-1):result+=str(i)node=self.__firstwhilenode.nexts[i]:result+=str(node.nexts[i])node=node.nexts[i]result+=""print("level:"+str(self.__level))returnresultdefshowFirst(self):foriteminself.__first.nexts:print(item,end="")print()deftimeCalculate(container,size:int):begin=time.time()foriinrange(size):ifisinstance(container,dict):container[i]=i*3else:container.put(i,i*3)error_count=0foriinrange(size):ifcontainer.get(i)!=i*3:#print("wrong"+str(i)+":"+str(skipList.get(i)))error_count+=1end=time.time()print(type(container))print(f"errorrate:{float(error_count)/size:0.5f}")print(f"timecost:{float(end-begin)*1000:0.3f}ms")if__name__=="__main__":timeCalculate({},1000000)timeCalculate(SkipList(),10000)

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