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package com.structure.simple;
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
/**
* @ClassName: SkipListDemo
* @Author: Jack.Zhang
* @Description: 跳跃表数据结构基本实现思路，代码来源于
* https://blog.csdn.net/moakun/article/details/79997037
* TODO 作者暂未验证准确性，仅供参考
* @Date: --
*/
public class SkipListDemo {
/**
* 实现思路（原理详见README）
* 1、我们采用抛硬币的方式来决定新元素插入的最高层数，这当然不能在程序中实现。
* 代码中，我们采用随机数生成的方式来获取新元素插入的最高层数。
* 我们先估摸一下n的规模，然后定义跳跃表的最大层数maxLevel，
* 那么底层，也就是第0层，元素是一定要插入的，概率为1；最高层，
* 也就是maxLevel层，元素插入的概率为1/2^maxLevel。
* 2、我们先随机生成一个范围为0~2^maxLevel-1的一个整数r。
* 那么元素r小于2^(maxLevel-1)的概率为1/2，r小于2^(maxLevel-2)的概率为1/4，……，
* r小于2的概率为1/2^(maxLevel-1)，r小于1的概率为1/2^maxLevel。
* 3、举例，假设maxLevel为4，那么r的范围为0~，则r小于8的概率为1/2，r小于4的概率为1/4，
* r小于2的概率为1/8，r小于1的概率为1/。1/正好是maxLevel层插入元素的概率，
* 1/8正好是maxLevel层插入的概率，以此类推。
* 4、通过这样的分析，我们可以先比较r和1，如果r<1，那么元素就要插入到maxLevel层以下；
* 否则再比较r和2，如果r<2，那么元素就要插入到maxLevel-1层以下；
* 再比较r和4，如果r<4，那么元素就要插入到maxLevel-2层以下……如果r>2^(maxLevel - 1)，
* 那么元素就只要插入在底层即可。
**/
private static class SkipList <T>{
private SkipListNode<T> head,tail;
private int nodes;//节点总数
private int listLevel;//层数
private Random random;// 用于投掷硬币
private static final double PROBABILITY=0.5;//向上提升一个的概率
public SkipList() {
// TODO Auto-generated constructor stub
random=new Random();
clear();
}
/**
*清空跳跃表
* */
public void clear(){
head=new SkipListNode<T>(SkipListNode.HEAD_KEY, null);
tail=new SkipListNode<T>(SkipListNode.TAIL_KEY, null);
horizontalLink(head, tail);
listLevel=0;
nodes=0;
}
public boolean isEmpty(){
return nodes==0;
}
public int size() {
return nodes;
}
/**
* 在最下面一层，找到要插入的位置前面的那个key
* */
private SkipListNode<T> findNode(int key){
SkipListNode<T> p=head;
while(true){
while (p.right.key!=SkipListNode.TAIL_KEY&&p.right.key<=key) {
p=p.right;
}
if (p.down!=null) {
p=p.down;
}else {
break;
}
}
return p;
}
/**
* 查找是否存储key，存在则返回该节点，否则返回null
* */
public SkipListNode<T> search(int key){
SkipListNode<T> p=findNode(key);
if (key==p.getKey()) {
return p;
}else {
return null;
}
}
/**
* 向跳跃表中添加key-value
*
* */
public void put(int k,T v){
SkipListNode<T> p=findNode(k);
//如果key值相同，替换原来的vaule即可结束
if (k==p.getKey()) {
p.value=v;
return;
}
SkipListNode<T> q=new SkipListNode<T>(k, v);
backLink(p, q);
int currentLevel=0;//当前所在的层级是0
//抛硬币
while (random.nextDouble()<PROBABILITY) {
//如果超出了高度，需要重新建一个顶层
if (currentLevel>=listLevel) {
listLevel++;
SkipListNode<T> p1=new SkipListNode<T>(SkipListNode.HEAD_KEY, null);
SkipListNode<T> p2=new SkipListNode<T>(SkipListNode.TAIL_KEY, null);
horizontalLink(p1, p2);
vertiacallLink(p1, head);
vertiacallLink(p2, tail);
head=p1;
tail=p2;
}
//将p移动到上一层
while (p.up==null) {
p=p.left;
}
p=p.up;
SkipListNode<T> e=new SkipListNode<T>(k, null);//只保存key就ok
backLink(p, e);//将e插入到p的后面
vertiacallLink(e, q);//将e和q上下连接
q=e;
currentLevel++;
}
nodes++;//层数递增
}
//node1后面插入node2
private void backLink(SkipListNode<T> node1,SkipListNode<T> node2){
node2.left=node1;
node2.right=node1.right;
node1.right.left=node2;
node1.right=node2;
}
/**
* 水平双向连接
* */
private void horizontalLink(SkipListNode<T> node1,SkipListNode<T> node2){
node1.right=node2;
node2.left=node1;
}
/**
* 垂直双向连接
* */
private void vertiacallLink(SkipListNode<T> node1,SkipListNode<T> node2){
node1.down=node2;
node2.up=node1;
}
/**
* 打印出原始数据
* */
@Override
public String toString() {
// TODO Auto-generated method stub
if (isEmpty()) {
return "跳跃表为空！";
}
StringBuilder builder=new StringBuilder();
SkipListNode<T> p=head;
while (p.down!=null) {
p=p.down;
}
while (p.left!=null) {
p=p.left;
}
if (p.right!=null) {
p=p.right;
}
while (p.right!=null) {
builder.append(p);
builder.append("\n");
p=p.right;
}
return builder.toString();
}
}
/**
* 跳跃表的节点,包括key-value和上下左右4个指针
* 参考：http://www.acmerblog.com/skip-list-impl-java-5773.html
* */
private static class SkipListNode <T>{
public int key;
public T value;
public SkipListNode<T> up, down, left, right; // 上下左右 四个指针
public static final int HEAD_KEY = Integer.MIN_VALUE; // 负无穷
public static final int TAIL_KEY = Integer.MAX_VALUE; // 正无穷
public SkipListNode(int k,T v) {
// TODO Auto-generated constructor stub
key = k;
value = v;
}
public int getKey() {
return key;
}
public void setKey(int key) {
this.key = key;
}
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
public boolean equals(Object o) {
if (this==o) {
return true;
}
if (o==null) {
return false;
}
if (!(o instanceof SkipListNode<?>)) {
return false;
}
SkipListNode<T> ent;
try {
ent = (SkipListNode<T>) o; // 检测类型
} catch (ClassCastException ex) {
return false;
}
return (ent.getKey() == key) && (ent.getValue() == value);
}
@Override
public String toString() {
// TODO Auto-generated method stub
return "key-value:"+key+"-"+value;
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
SkipList<String> list=new SkipList<String>();
System.out.println(list);
list.put(2, "yan");
list.put(1, "co");
list.put(3, "feng");
list.put(1, "cao");//测试同一个key值
list.put(4, "曹");
list.put(6, "丰");
list.put(5, "艳");
System.out.println(list);
System.out.println(list.size());
}
}