1206. 设计跳表

学习:

# 作者:力扣官方题解; Python

MAX_LEVEL = 32
P_FACTOR = 0.25

def random_level() -> int:
    lv = 1
    while lv < MAX_LEVEL and random.random() < P_FACTOR:
        lv += 1
    return lv

class SkiplistNode:
    __slots__ = 'val', 'forward'

    def __init__(self, val: int, max_level=MAX_LEVEL):
        self.val = val
        self.forward = [None] * max_level

class Skiplist:
    def __init__(self):
        self.head = SkiplistNode(-1)
        self.level = 0

    def search(self, target: int) -> bool:
        curr = self.head
        for i in range(self.level - 1, -1, -1):
            # 找到第 i 层小于且最接近 target 的元素
            while curr.forward[i] and curr.forward[i].val < target:
                curr = curr.forward[i]
        curr = curr.forward[0]
        # 检测当前元素的值是否等于 target
        return curr is not None and curr.val == target

    def add(self, num: int) -> None:
        update = [self.head] * MAX_LEVEL
        curr = self.head
        for i in range(self.level - 1, -1, -1):
            # 找到第 i 层小于且最接近 num 的元素
            while curr.forward[i] and curr.forward[i].val < num:
                curr = curr.forward[i]
            update[i] = curr
        lv = random_level()
        self.level = max(self.level, lv)
        new_node = SkiplistNode(num, lv)
        for i in range(lv):
            # 对第 i 层的状态进行更新,将当前元素的 forward 指向新的节点
            new_node.forward[i] = update[i].forward[i]
            update[i].forward[i] = new_node

    def erase(self, num: int) -> bool:
        update = [None] * MAX_LEVEL
        curr = self.head
        for i in range(self.level - 1, -1, -1):
            # 找到第 i 层小于且最接近 num 的元素
            while curr.forward[i] and curr.forward[i].val < num:
                curr = curr.forward[i]
            update[i] = curr
        curr = curr.forward[0]
        if curr is None or curr.val != num:  # 值不存在
            return False
        for i in range(self.level):
            if update[i].forward[i] != curr:
                break
            # 对第 i 层的状态进行更新,将 forward 指向被删除节点的下一跳
            update[i].forward[i] = curr.forward[i]
        # 更新当前的 level
        while self.level > 1 and self.head.forward[self.level - 1] is None:
            self.level -= 1
        return True

据说 p = 0.5 表现显著优于官方解答、并不用update的版本:

class Skiplist {
public:
    Skiplist() : level(0), dummy(new Node(-1)) {
        
    }
    
    bool search(int target) {
        auto cur = dummy;
        for (int i = level; i >= 0; --i) {
            while (cur->next[i] && cur->next[i]->v < target) cur = cur->next[i];
        }
        return cur->next[0] && cur->next[0]->v == target;
    }
    
    void add(int num) {
        int h = getHeight();
        auto node = new Node(num, h + 1);
        level = max(level, h);
        auto cur = dummy;
        for (int i = level; i >= 0; --i) {
            while (cur->next[i] && cur->next[i]->v < num) cur = cur->next[i];
            if (i <= h) {
                auto next = cur->next[i];
                cur->next[i] = node;
                node->next[i] = next;
            }
        }
    }
    
    bool erase(int num) {
        auto cur = dummy;
        Node* target = nullptr;
        for (int i = level; i >= 0; --i) {
            while (cur->next[i] && cur->next[i]->v < num) cur = cur->next[i];
            while (target && cur->next[i] != target) cur = cur->next[i];
            if (cur->next[i] && cur->next[i]->v == num) {
                target = cur->next[i];
                cur->next[i] = target->next[i];
            }
        }
        if (target && target->next.size() == level + 1) {
            while (level && !dummy->next[level]) --level;
        }
        delete target;
        return target;
    }

private:
    int getHeight() {
        for (int i = 0; i < MAX_LEVEL; ++i) {
            if ((rand() & 1) == 0) return i;
        }
        return MAX_LEVEL - 1;
    }

    int level;
    const static int MAX_LEVEL = 16;

    struct Node {
        int v;
        vector<Node*> next;

        Node(int num, int lv = MAX_LEVEL) : v(num), next(lv) {}
    };
    Node* dummy;
};
// 作者:力扣官方题解; C++

constexpr int MAX_LEVEL = 32;
constexpr double P_FACTOR = 0.25;

struct SkiplistNode {
    int val;
    vector<SkiplistNode *> forward;
    SkiplistNode(int _val, int _maxLevel = MAX_LEVEL) : val(_val), forward(_maxLevel, nullptr) {
        
    }
};

class Skiplist {
private:
    SkiplistNode * head;
    int level;
    mt19937 gen{random_device{}()};
    uniform_real_distribution<double> dis;

public:
    Skiplist(): head(new SkiplistNode(-1)), level(0), dis(0, 1) {

    }

    bool search(int target) {
        SkiplistNode *curr = this->head;
        for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
            /* 找到第 i 层小于且最接近 target 的元素*/
            while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->val < target) {
                curr = curr->forward[i];
            }
        }
        curr = curr->forward[0];
        /* 检测当前元素的值是否等于 target */
        if (curr && curr->val == target) {
            return true;
        } 
        return false;
    }

    void add(int num) {
        vector<SkiplistNode *> update(MAX_LEVEL, head);
        SkiplistNode *curr = this->head;
        for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
            /* 找到第 i 层小于且最接近 num 的元素*/
            while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->val < num) {
                curr = curr->forward[i];
            }
            update[i] = curr;
        }
        int lv = randomLevel();
        level = max(level, lv);
        SkiplistNode *newNode = new SkiplistNode(num, lv);
        for (int i = 0; i < lv; i++) {
            /* 对第 i 层的状态进行更新,将当前元素的 forward 指向新的节点 */
            newNode->forward[i] = update[i]->forward[i];
            update[i]->forward[i] = newNode;
        }
    }

    bool erase(int num) {
        vector<SkiplistNode *> update(MAX_LEVEL, nullptr);
        SkiplistNode *curr = this->head;
        for (int i = level - 1; i >= 0; i--) {
            /* 找到第 i 层小于且最接近 num 的元素*/
            while (curr->forward[i] && curr->forward[i]->val < num) {
                curr = curr->forward[i];
            }
            update[i] = curr;
        }
        curr = curr->forward[0];
        /* 如果值不存在则返回 false */
        if (!curr || curr->val != num) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < level; i++) {
            if (update[i]->forward[i] != curr) {
                break;
            }
            /* 对第 i 层的状态进行更新,将 forward 指向被删除节点的下一跳 */
            update[i]->forward[i] = curr->forward[i];
        }
        delete curr;
        /* 更新当前的 level */
        while (level > 1 && head->forward[level - 1] == nullptr) {
            level--;
        }
        return true;
    }

    int randomLevel() {
        int lv = 1;
        /* 随机生成 lv */
        while (dis(gen) < P_FACTOR && lv < MAX_LEVEL) {
            lv++;
        }
        return lv;
    }
};

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