本节课介绍了一种全新的数据结构——跳跃表
跳跃表是一种简单又有趣的动态搜索数据结构,其主要优点在于其易于实现,而且很好的保证了其具有高效的性能,即2*O(lgn)的搜索性能
在此之前我想首先谈谈链表,链表的优点在于其插入和删除只需要常数项的时间(加上查找该元素需要额外的O(n)时间),但是其查找效率只有O(n),这里顺带补充一下链表类的问题,以下先给出两个BAT公司面试时热衷于考的两个链表经典问题:
1.如何快速查找单向链表倒数第m个元素
2.如何快速判断一个单向链表是否存在环
对于链表类问题,其核心思想不外乎两点,1是开双指针(甚至多指针),2是开双链表(甚至多链表),其实以上两个问题开双指针便能巧妙地解决,第一个问题,先开一个指针走m步,然后再开一个指针同步走,当前一个指针走到链表末端时,后一个指针就正好指向倒数第m个元素了,第二个问题,开一个快指针和一个慢指针,快指针每次移动两步,慢指针每次移动一步,如果存在环,那么快指针一定会追到慢指针,可以想象两个人在操场赛跑,快的人跑了很久之后会超慢的人一圈。
接下来我们继续谈跳跃表,其实跳跃表用到的就是第二个思路,开双链表甚至多个链表
首先考虑建立两个链表L1和L2,L1为快表,即只保存部分元素,L2为慢表保存全部元素,注意,以下提到的链表均为排好序的链表
如何建表L1和 L2呢?L2无疑是一条包含所有结点的单向链表,那么L1应该设置多少个结点最为合理呢,直观上感受L1应该是均匀分布最好,那么是以怎样的密度分布最合适呢?
先看删除功能,删除功能只要从上级链表搜到之后,就可以直接删除,并向下将所有链表的该结点都删除,这个比较简单,那么插入呢?
1.保持每段之间的理想距离,如果距离过大,就从中间分割,然后将中点上升一层结点
这个方法从直观上看非常巧妙,但是实行起来却有一定难度,因为你必须实时记录每一段的长度
2.采用我们最喜欢的随机化算法,抛硬币 如果正面,就把这个结点提升一个level(即把该结点也加入上一级的链表中),再抛硬币(看是否持续提升level),因为两个相邻链表的长度之比为1:2,而硬币出正面的概率也是50%,事实证明这样做是可行的,这里值得一提的是,老师在这节课发了两个硬币给同学,一个利用抛硬币产生随机数,一个利用抛硬币决定当前插入结点是否需要提升level,在课堂上直接做起了实验,整个课程氛围也很好,也让同学们都对该算法有了直观的理解,这一种教学方式很值得借鉴
在课堂上,通过实验表明算法2似乎在平均情况下可以得到一个很好的跳跃表,其实不仅仅是平均情况可以得到一个好的跳跃表,在绝大多数情况都可以得到一个好的跳跃表.
可以证明,得到一个好的跳跃表的概率P>=1-O(1/n^a) 这里a是一个介于0到1的参数,与n有关,在课堂的最后,老师花了尽20分钟的时间来证明,具体证明方式我们这里略过(其实是我根本没看懂其证明过程 逃~~)
原文地址:http://blog.csdn.net/lth404391139/article/details/45111689