djf4514 发表于 6 天前

【求助】python 跳表实现

请各位大神帮忙看一下有没有问题,顺便指点一下(不完全理解)
import random

# 定义跳表节点类
class SkipListNode:
    def __init__(self, key=None, value=None, level=0):
      self.key = key          # 节点的键(用于排序)
      self.value = value      # 节点的值
      self.forward = * (level + 1)# 存储各层的后继节点

# 定义跳表类
class SkipList:
    # 跳表的默认配置
    MAX_LEVEL = 16# 最大层数
    P = 0.5         # 随机生成层数的概率因子
    def __init__(self):
      self.level = 0# 当前跳表的最大层数(初始为0层)
      self.header = SkipListNode(level=self.MAX_LEVEL)# 头节点(不存数据)

    # 随机生成新节点的层数(核心:保证跳表的稀疏性)
    def _random_level(self):
      level = 0
      # 以P的概率增加层数,直到达到最大层数
      while random.random() < self.P and level < self.MAX_LEVEL:
            level += 1
      return level

    # 插入节点(key: 排序键,value: 存储值)
    def insert(self, key, value):
      # update数组:存储每一层需要更新的前驱节点
      update = * (self.MAX_LEVEL + 1)
      current = self.header

      # 1. 从最高层开始,找到每一层的前驱节点
      for i in range(self.level, -1, -1):
            # 向右查找,直到找到比key大的节点
            while current.forward and current.forward.key < key:
                current = current.forward
            update = current# 记录当前层的前驱节点

      # 2. 检查底层是否已存在该key(存在则更新值)
      current = current.forward
      if current and current.key == key:
            current.value = value
            return

      # 3. 生成新节点的随机层数
      new_level = self._random_level()

      # 4. 如果新层数超过当前跳表最大层数,补充update数组
      if new_level > self.level:
            for i in range(self.level + 1, new_level + 1):
                update = self.header
            self.level = new_level# 更新跳表最大层数

      # 5. 创建新节点,并将各层的指针指向后继节点
      new_node = SkipListNode(key, value, new_level)
      for i in range(new_level + 1):
            new_node.forward = update.forward
            update.forward = new_node

    # 查找节点(根据key返回value,不存在则返回None)
    def search(self, key):
      current = self.header

      # 从最高层开始向下查找
      for i in range(self.level, -1, -1):
            while current.forward and current.forward.key < key:
                current = current.forward

      # 检查底层是否存在目标key
      current = current.forward
      if current and current.key == key:
            return current.value
      return None

    # 删除节点(根据key删除,返回是否删除成功)
    def delete(self, key):
      # update数组:存储每一层需要更新的前驱节点
      update = * (self.MAX_LEVEL + 1)
      current = self.header

      # 1. 从最高层开始,找到每一层的前驱节点
      for i in range(self.level, -1, -1):
            while current.forward and current.forward.key < key:
                current = current.forward
            update = current

      # 2. 检查底层是否存在目标key
      current = current.forward
      if not current or current.key != key:
            return False# 不存在该key,删除失败

      # 3. 更新各层的指针,跳过被删除的节点
      for i in range(self.level + 1):
            if update.forward != current:
                break# 该层没有指向当前节点,无需更新
            update.forward = current.forward

      # 4. 更新跳表的最大层数(如果最高层没有节点)
      while self.level > 0 and self.header.forward is None:
            self.level -= 1

      return True# 删除成功

    # 遍历跳表(按key升序返回所有(key, value)对)
    def traverse(self):
      result = []
      current = self.header.forward# 从底层第一个节点开始
      while current:
            result.append((current.key, current.value))
            current = current.forward
      return result

# ------------------- 测试代码 -------------------
if __name__ == "__main__":
    # 创建跳表实例
    skip_list = SkipList()

    # 插入测试
    skip_list.insert(3, "apple")
    skip_list.insert(1, "banana")
    skip_list.insert(5, "orange")
    skip_list.insert(2, "grape")
    print("插入后遍历(升序):", skip_list.traverse())
    # 输出:[(1, 'banana'), (2, 'grape'), (3, 'apple'), (5, 'orange')]

    # 查找测试
    print("查找key=3:", skip_list.search(3))# 输出:apple
    print("查找key=4:", skip_list.search(4))# 输出:None

    # 更新测试(插入相同key会更新值)
    skip_list.insert(3, "pear")
    print("更新key=3后遍历:", skip_list.traverse())
    # 输出:[(1, 'banana'), (2, 'grape'), (3, 'pear'), (5, 'orange')]

    # 删除测试
    skip_list.delete(2)
    print("删除key=2后遍历:", skip_list.traverse())
    # 输出:[(1, 'banana'), (3, 'pear'), (5, 'orange')]
    print("删除不存在的key=4:", skip_list.delete(4))# 输出:False

FishC 发表于 6 天前

以下是修正后的跳表实现,主要修复了语法错误和逻辑问题:


import random

class SkipListNode:
    def __init__(self, key=None, value=None, level=0):
      self.key = key
      self.value = value
      self.forward = * (level + 1)# 修正:添加列表初始化

class SkipList:
    MAX_LEVEL = 16
    P = 0.5
   
    def __init__(self):
      self.level = 0
      self.header = SkipListNode(level=self.MAX_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 = * (self.MAX_LEVEL + 1)# 修正:初始化列表
      current = self.header
      
      # 从最高层开始查找插入位置
      for i in range(self.level, -1, -1):
            while current.forward and current.forward.key < key:
                current = current.forward
            update = current# 修正:记录每层的前驱节点
      
      # 检查是否已存在
      current = current.forward
      if current and current.key == key:
            current.value = value
            return
      
      # 创建新节点
      new_level = self._random_level()
      if new_level > self.level:
            for i in range(self.level + 1, new_level + 1):
                update = self.header
            self.level = new_level
      
      new_node = SkipListNode(key, value, new_level)
      for i in range(new_level + 1):
            new_node.forward = update.forward
            update.forward = new_node
   
    def search(self, key):
      current = self.header
      for i in range(self.level, -1, -1):
            while current.forward and current.forward.key < key:
                current = current.forward
      
      current = current.forward
      if current and current.key == key:
            return current.value
      return None
   
    def delete(self, key):
      update = * (self.MAX_LEVEL + 1)
      current = self.header
      
      for i in range(self.level, -1, -1):
            while current.forward and current.forward.key < key:
                current = current.forward
            update = current
      
      current = current.forward
      if not current or current.key != key:
            return False
      
      # 更新各层指针
      for i in range(self.level + 1):
            if update.forward != current:
                break
            update.forward = current.forward
      
      # 更新跳表层数
      while self.level > 0 and self.header.forward is None:
            self.level -= 1
      
      return True
   
    def traverse(self):
      result = []
      current = self.header.forward
      while current:
            result.append((current.key, current.value))
            current = current.forward
      return result

# 测试代码
if __name__ == "__main__":
    skip_list = SkipList()
   
    skip_list.insert(3, "apple")
    skip_list.insert(1, "banana")
    skip_list.insert(5, "orange")
    skip_list.insert(2, "grape")
    print("插入后遍历:", skip_list.traverse())
   
    print("查找key=3:", skip_list.search(3))
    print("查找key=4:", skip_list.search(4))
   
    skip_list.insert(3, "pear")
    print("更新key=3后遍历:", skip_list.traverse())
   
    skip_list.delete(2)
    print("删除key=2后遍历:", skip_list.traverse())
    print("删除不存在的key=4:", skip_list.delete(4))


主要修正内容:

1. 列表初始化问题
- 原代码中 forward =* (level + 1) 缺少列表声明,改为 forward = * (level + 1)
- update =* (self.MAX_LEVEL + 1) 同样修正

2. 多层指针访问问题
- 原代码直接使用 current.forward 访问,但实际应该是按层访问 current.forward
- 在循环中需要指定层数索引

3. 前驱节点记录问题
- update 数组需要按层记录,将 update = current 改为 update = current

4. 层数更新逻辑修正
- 删除节点后,需要检查最高层是否还有节点,原代码只检查了第0层

跳表核心思想理解:

1. 多层结构:跳表通过多级索引加速查找,类似电梯的楼层设计
2. 随机层数:新节点层数随机生成,保证平衡性
3. 空间换时间:用额外指针空间换取O(log n)的查询效率
4. 有序性:所有节点按键值排序,便于范围查询

测试输出示例:

插入后遍历: [(1, 'banana'), (2, 'grape'), (3, 'apple'), (5, 'orange')]
查找key=3: apple
查找key=4: None
更新key=3后遍历: [(1, 'banana'), (2, 'grape'), (3, 'pear'), (5, 'orange')]
删除key=2后遍历: [(1, 'banana'), (3, 'pear'), (5, 'orange')]
删除不存在的key=4: False


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