数据结构与算法专题第八题块状链表

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在数据结构的世界里,我们会认识各种各样的数据结构,每一种数据结构都能解决相应领域的问题,每一种数据结构都像是降龙十八掌中的某一掌,掌掌毙命。。。当然每个数据结构,有他的优点,必然就有它的缺点,那么如何创造一种数据结构来将某两种数据结构进行扬长避短,那就非常完美了。这样的数据结构也有很多,比如:双端队列,还有就是今天讲的块状链表,我们都知道数组具有O(1)的查询时间,O(N)的删除,O(N)的插入。。。链表具有O(N)的查询时间,O(1)的删除,O(1)的插入。。。

一:思路

那么现在我们就有想法了,何不让“链表”和“数组”结合起来,来一起均摊CURD的时间,做法将数组进行分块,然后用指针相连接,比如我有N=个元素,那么最理想情况下,我就可以将数组分成x=10段,每段b=10个元素(排好序),那么我可以用√N的时间找到段,因为段中的元素是已经排好序的,所以可以用log√N的时间找到段中的元素,那么最理想的复杂度为√N+log√N≈√N。。。下面我们看看怎么具体使用:

二:结构定义

这个比较简单,我们在每个链表节点中定义一个头指针,尾指针和一个数组节点。

publicclassBlockLinkNode{///summary///指向前一个节点的指针////summarypublicBlockLinkNodeprev;///summary///指向后一个节点的指针////summarypublicBlockLinkNodenext;///summary///链表中的数组////summarypublicListintlist;}三:插入

刚才也说了,每个链表节点的数据是一个数组块,那么问题来了,我们是根据什么将数组切开呢?总不能将所有的数据都放在一个链表的节点吧,那就退化成数组了,在理想的情况下,为了保持√N的数组个数,所以我们定了一个界限2√N,当链表中的节点数组的个数超过2√N的时候,当下次插入数据的时候,我们有两种做法:

①在元素的数组插入处,将当前数组切开,插入元素处之前为一个链表节点,插入元素后为一个链表节点。

②将元素插入数组后,将数组从中间位置切开。

///summary///添加元素只会进行块状链表的分裂////summary///paramname="node"/param///paramname="num"/param///returns/returnsprivateBlockLinkNodeAdd(BlockLinkNodenode,intnum){if(node==null){returnnode;}else{/**第一步:找到指定的节点*/if(node.list.Count==0){node.list.Add(num);total=total+1;returnnode;}//下一步:再比较是否应该分裂块varblockLen=(int)Math.Ceiling(Math.Sqrt(total))*2;//如果该节点的数组的最后位置值大于插入值,则此时我们找到了链表的插入节点,//或者该节点的next=null,说明是最后一个节点,此时也要判断是否要裂开if(node.list[node.list.Count-1]num

node.next==null){node.list.Add(num);//最后进行排序下,当然可以用插入排序解决,O(N)搞定node.list=node.list.OrderBy(i=i).ToList();//如果该数组里面的个数大于2*blockLen,说明已经过大了,此时需要对半分裂if(node.list.CountblockLen){//先将数据插入到数据库varmid=node.list.Count/2;//分裂处的前段部分varfirstList=newListint();//分裂后的后段部分varlastList=newListint();//可以在插入点处分裂,也可以对半分裂(这里对半分裂)firstList.AddRange(node.list.Take(mid));lastList.AddRange(node.list.Skip(mid).Take(node.list.Count-mid));//开始分裂节点,需要新开辟一个新节点varnNode=newBlockLinkNode();nNode.list=lastList;nNode.next=node.next;nNode.prev=node;//改变当前节点的next和listnode.list=firstList;node.next=nNode;}total=total+1;returnnode;}returnAdd(node.next,num);}}四:删除

跟插入道理一样,既然有裂开,就有合并,同样也定义了一个界限值√N/2,当链表数组节点的数组个数小于这个界限值的时候,需要将此节点和后面的链表节点进行合并。

///summary///从块状链表中移除元素,涉及到合并////summary///paramname="node"/param///paramname="num"/param///returns/returnsprivateBlockLinkNodeRemove(BlockLinkNodenode,intnum){if(node==null){returnnode;}else{//第一步:判断删除元素是否在该节点内if(node.list.Count0num=node.list[0]num=node.list[node.list.Count-1]){//定义改节点的目的在于防止remove方法假删除的情况发生varprevcount=node.list.Count;node.list.Remove(num);total=total-(prevcount-node.list.Count);//下一步:判断是否需要合并节点varblockLen=(int)Math.Ceiling(Math.Sqrt(total)/2);//如果当前节点的数组个数小于blocklen的话,那么此时改节点需要和后一个节点进行合并//如果该节点时尾节点,则放弃合并if(node.list.CountblockLen){if(node.next!=null){node.list.AddRange(node.next.list);//如果下一个节点的下一个节点不为null,则将下下个节点的prev赋值if(node.next.next!=null)node.next.next.prev=node;node.next=node.next.next;}else{//最后一个节点不需要合并,如果list=0,则直接剔除该节点if(node.list.Count==0){if(node.prev!=null)node.prev.next=null;node=null;}}}returnnode;}returnRemove(node.next,num);}}五:查询

在理想的情况下,我们都控制在√N,然后就可以用√N的时间找到区块,lg√N的时间找到区块中的指定值,当然也有人在查询的时候做链表的合并和分裂,这个就有点像伸展树一样,在查询的时候动态调整,拼的是均摊情况下的复杂度。这里顺便提醒你一下,其实你也可以这么做。。。

publicstringGet(intnum){varblockIndex=0;vararrIndex=0;vartemp=blockLinkNode;while(temp!=null){//判断是否在该区间内if(temp.list.Count0num=temp.list[0]num=temp.list[temp.list.Count-1]){arrIndex=temp.list.IndexOf(num);returnstring.Format("当前数据在第{0}块中的{1}个位置",blockIndex,arrIndex);}blockIndex=blockIndex+1;temp=temp.next;}returnstring.Empty;}

好了,CURD都分析好了,到这里大家应该对块状链表有个大概的认识了吧,这个代码是我下午抽闲写的,没有仔细测试,

完整代码参考我的博客园链接:


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