Redis数据结构—跳跃表 skiplist

跳跃表（SkipList）是一种基于链表的数据结构，它允许快速查找、插入和删除操作。跳跃表通过将数据分成多个层次，每个层次包含一定数量的元素，从而减少了需要遍历的元素数量，提高了查询效率。

跳跃表的基本思想是：在每个节点中，除了存储键值对之外，还存储了指向其他节点的指针，这些指针表示了当前节点所在的层次。当进行查找、插入或删除操作时，跳跃表会根据目标键值的大小，沿着指针方向跳转到相应的层次，然后在该层次上进行查找、插入或删除操作。

跳跃表的主要特点有：

1. 支持快速查找、插入和删除操作；
2. 时间复杂度较低，对于大量数据的处理非常高效；
3. 可以动态调整层数，以适应不同规模的数据。

跳跃表的实现通常包括以下几个部分：

1. 节点类：用于表示跳跃表中的每个节点，包含键值对、指向其他节点的指针等信息；
2. 跳跃表类：用于表示整个跳跃表，包含头节点、尾节点、层数等属性，以及插入、删除、查找等方法；
3. 层数管理：用于动态调整跳跃表的层数，根据数据规模自动增加或减少层数。

以下是一个简单的跳跃表实现示例（Python）：

import random

class Node:
    def __init__(self, key, value, level):
        self.key = key
        self.value = value
        self.forward = [None] * (level + 1)

class SkipList:
    def __init__(self, max_level, p):
        self.max_level = max_level
        self.p = p
        self.header = self.create_node(self.max_level, None, None)

    def create_node(self, level, key, value):
        return Node(key, value, level)

    def random_level(self):
        level = 0
        while random.random() < self.p and level < self.max_level:
            level += 1
        return level

    def insert(self, key, value):
        update = [None] * (self.max_level + 1)
        x = self.header
        for i in range(self.max_level, -1, -1):
            while x.forward[i] and x.forward[i].key < key:
                x = x.forward[i]
            update[i] = x
        x = x.forward[0]

        if x is None or x.key != key:
            level = self.random_level()
            if level > self.max_level:
                for i in range(self.max_level + 1, level + 1):
                    update[i] = self.header
                self.max_level = level
            x = self.create_node(level, key, value)
            for i in range(level + 1):
                x.forward[i] = update[i].forward[i]
                update[i].forward[i] = x

    def delete(self, key):
        update = [None] * (self.max_level + 1)
        x = self.header
        for i in range(self.max_level, -1, -1):
            while x.forward[i] and x.forward[i].key < key:
                x = x.forward[i]
            update[i] = x
        x = x.forward[0]

        if x is not None and x.key == key:
            for i in range(self.max_level + 1):
                if update[i].forward[i] != x:
                    break
                update[i].forward[i] = x.forward[i]
            while self.max_level > 0 and self.header.forward[self.max_level] is None:
                self.max_level -= 1

    def search(self, key):
        x = self.header
        for i in range(self.max_level, -1, -1):
            while x.forward[i] and x.forward[i].key < key:
                x = x.forward[i]
        x = x.forward[0]
        return x.value if x and x.key == key else None

以上代码实现了一个简单的跳跃表，包括插入、删除和查找操作。在实际使用中，可以根据需求对跳跃表进行扩展和优化。