C++跳表的实现

根据提供的文件信息，我们可以看到这段代码尝试用C++来实现一种数据结构——跳表（Skip List）。跳表是一种随机化的数据结构，它通过在每个节点上建立多级指针链来提高搜索效率，使得搜索、插入和删除操作的时间复杂度平均可以达到O(log n)。下面我们将基于提供的文件信息来详细解析跳表的实现过程及其关键知识点。 ### 一、跳表的概念 跳表是一种非平衡的数据结构，其设计目的是为了克服在链表中进行高效查找的难题。它利用多层索引来加速查找过程。每一层都是一个链表，顶层是最稀疏的链表，包含的元素最少，而底层是最密集的链表，包含所有元素。每个节点可能包含多个向前的指针，指向同一层中的后续节点，以及一个向下的指针，指向下面一层中的对应位置的节点。 ### 二、跳表的基本操作 #### 1. 创建跳表 跳表的创建涉及到初始化不同层级的头部节点。提供的代码中定义了三个层级：`one_level`, `two_level`, 和 `three_level`。每一层级都包含了一个指向本层级下一个节点的指针，以及一个指向下一层级相应位置节点的指针（除了最低层）。 ```cpp struct one_level // 一级结构 { int data; struct one_level* next; }*head1; struct two_level // 二级结构 = 一级结构 + 指向一级结构的指针 { struct one_level*p; struct two_level*next; }*head2; struct three_level // 三级结构 = 二级结构 + 指向二级结构的指针 { struct two_level*pp; struct three_level*next; }*head3; ``` #### 2. 添加元素 添加元素到跳表时，需要确定元素应插入的位置，并更新相应层级的链接。添加过程可以分为两步：首先确定元素所在的层数，然后在对应的层中找到合适的插入位置。 **代码示例**： ```cpp void creat() // 创建一级结构 { int data; struct one_level*q, *cur; q = (struct one_level*)malloc(sizeof(struct one_level)); q = head1; printf("请输入当前的值，结束输入负数\n"); scanf("%d", &data); while (data > 0) // 输入正数值时 { cur = (struct one_level*)malloc(sizeof(struct one_level)); q->next = cur; cur->data = data; cur->next = NULL; q = q->next; scanf("%d", &data); while (data < cur->data && data >= 0) // 确保输入值合理 { printf("值应大于%d,重新输入值\n", cur->data); scanf("%d", &data); } } } ``` #### 3. 更新结构 更新跳表结构主要是为了在已有一级结构的基础上构建更高级别的结构。这一过程需要遍历已有的节点，为新的层级分配内存并建立链接。 **代码示例**： ```cpp void update() // 从一级结构更新至二级、三级结构 { struct one_level*h; h = head1; struct two_level*q, *cur; q = (struct two_level*)malloc(sizeof(struct two_level)); q = head2; struct three_level*t, *curr; t = (struct three_level*)malloc(sizeof(struct three_level)); t = head3; // 构建二级结构 while (h->next != NULL && h->next->next != NULL) { cur = (struct two_level*)malloc(sizeof(struct two_level)); cur->p = h->next->next; q->next = cur; q = q->next; h = h->next->next; } q->next = NULL; // 构建三级结构 q = head2; while (q->next != NULL && q->next->next != NULL) { curr = (struct three_level*)malloc(sizeof(struct three_level)); curr->pp = q->next->next; t->next = curr; t = t->next; q = q->next->next; } t->next = NULL; } ``` #### 4. 输出结构 输出跳表的结构是为了验证跳表是否正确构建。 **代码示例**： ```cpp void output() { // 输出一级结构 struct one_level*cur; cur = head1->next; printf("head1->"); while (cur != NULL) { printf("%d->", cur->data); cur = cur->next; } printf("NULL\n"); // 输出二级结构 struct two_level*curr; curr = head2->next; printf("head2->"); while (curr != NULL) { printf("%d->", curr->p->data); curr = curr->next; } printf("NULL\n"); // 输出三级结构 struct three_level*curre; curre = head3->next; printf("head3->"); while (curre != NULL) { printf("%d->", curre->pp->p->data); curre = curre->next; } printf("NULL\n"); } ``` #### 5. 插入元素 插入元素的过程类似于创建过程，需要确定插入的位置，并更新相应的指针。 **代码示例**： ```cpp void insert() { int data; struct one_level*cur, *q; struct two_level*curr; struct three_level*curre; printf("请输入要插入的值:\n"); scanf("%d", &data); while (data < 0) // 确保输入值合理 { printf("值必须为正数，请重新输入:\n"); scanf("%d", &data); } // ... 具体插入逻辑 } ``` ### 三、总结 以上内容涵盖了使用C++实现跳表的基础知识和核心操作。通过这些基本操作，可以构建出一个功能完善的跳表数据结构，用于高效的搜索、插入和删除操作。需要注意的是，实际应用中还需要考虑内存管理、错误处理等问题，以确保程序的健壮性和稳定性。