python实现跳表SkipList

最新推荐文章于 2025-11-02 15:07:44 发布

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#数据结构 #算法 #python #跳表

跳表是一种用于快速查找的随机化数据结构，由William Pugh在1990年提出，作为平衡树的替代方案。它在有序链表基础上增加了多层跳跃，使得搜索、插入和删除操作的平均时间复杂度为O(logn)。Redis和LevelDB等Key-Value数据库中都有应用。此博客详细介绍了跳表的结构、节点定义、以及添加、删除和查找的实现，并通过Python代码展示了跳表的操作过程。

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：

在这里插入图片描述
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：

class Node():
     def __init__(self,key,value,level):
         '''
         :param level:每个node对应的nexts层数不同
         '''
         self.key=key
         self.value=value
         self.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 Skip List ，其初衷是为了替代红黑树
'''
import random

import mkl_random
import time

class SkipList():
    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level
        return

    class Node():
        def __init__(self,key,value,level):
            '''
            :param level:每个node对应的nexts层数不同
            '''
            self.key=key
            self.value=value
            self.nexts=[None]*level

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