跳表是一种基于链表的数据结构，与平衡树类似，可以实现快速的查找、插入和删除操作。跳表是由William Pugh于1990年提出的，它的实现是基于链表，在链表的基础上增加多级索引，从而可以通过索引快速地定位到链表的节点。跳表底层的链表可以是单向链表、双向链表等，但是最常用的是单向链表。本文主要介绍如何使用Golang语言实现跳表数据结构。
跳表的结构
跳表的主要结构由三部分组成：头部节点、数组和链表。头部节点用来定位跳表的起始节点。数组用来存储多级索引，数组的每个元素都是一个指向链表节点的指针。链表是跳表的核心，用来存储数据。
跳表的每一级上都包含了一些节点，节点通过指针相互连接。每一级上的节点数量逐渐减少。最底层包含了所有数据节点，这一层通常称之为“基础层”，也称为“0级链表”。每个节点要么是一个数据节点，要么是一个索引节点。索引节点指向下一级节点，最多可以有logn级索引，n为数据节点数量。如果有k级索引，那么第i级索引的节点将会使第i-1级索引的节点的每2^i个节点指向第i级索引的节点。每个节点都包含一个指向下一级同位置节点的指针。
Golang实现跳表
在Golang语言中实现跳表数据结构，主要需要实现以下几个函数。
- createNode函数：负责创建跳表节点。
type skipNode struct {
forward []*skipNode
key int
val interface{}}
func createNode(level int, key int, val interface{}) *skipNode {
return &skipNode{
forward: make([]*skipNode, level),
key: key,
val: val,
}}
- insert函数：负责向跳表中插入数据。
func (list *SkipList) insert(key int, val interface{}, level int) {
update := make([]*skipNode, list.level+1)
currentNode := list.head
for i := list.level; i >= 0; i-- {
for currentNode.forward[i] != nil && currentNode.forward[i].key < key {
currentNode = currentNode.forward[i]
}
update[i] = currentNode
}
currentNode = currentNode.forward[0]
if currentNode != nil && currentNode.key == key {
currentNode.val = val
} else {
newNode := createNode(level, key, val)
for i := 0; i <= level; i++ {
newNode.forward[i] = update[i].forward[i]
update[i].forward[i] = newNode
}
}}
- delete函数：负责删除数据。
func (list *SkipList) delete(key int) {
update := make([]*skipNode, list.level+1)
currentNode := list.head
for i := list.level; i >= 0; i-- {
for currentNode.forward[i] != nil && currentNode.forward[i].key < key {
currentNode = currentNode.forward[i]
}
update[i] = currentNode
}
currentNode = currentNode.forward[0]
if currentNode != nil && currentNode.key == key {
for i := 0; i <= list.level; i++ {
if update[i].forward[i] != currentNode {
break
}
update[i].forward[i] = currentNode.forward[i]
}
}}
- find函数：负责在跳表中查找数据。
func (list SkipList) find(key int) skipNode {
currentNode := list.head
for i := list.level; i >= 0; i-- {
for currentNode.forward[i] != nil && currentNode.forward[i].key < key {
currentNode = currentNode.forward[i]
}
}
currentNode = currentNode.forward[0]
if currentNode != nil && currentNode.key == key {
return currentNode
} else {
return nil
}}
以上是实现跳表所需的主要函数。另外需要实现一个SkipList结构体，它包含了跳表的一些属性，例如头节点、最大深度等等。
结语
跳表是一种高效的数据结构，它可以在平均O(log n)时间复杂度下实现插入、删除和查找操作。Golang语言提供了较为友好的语法和标准库，因此使用Golang语言实现跳表也变得相对简单。通过学习本文，相信读者不仅能够更深入地了解跳表，还能够掌握Golang语言中跳表的实现方法。
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