之前我們講解了簡(jiǎn)易版的跳表，我希望你能親自動(dòng)手實(shí)現(xiàn)一個(gè)更完善的跳表，同時(shí)也可以嘗試實(shí)現(xiàn)其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如動(dòng)態(tài)數(shù)組或哈希表等。通過(guò)實(shí)踐，我們能夠發(fā)現(xiàn)自己在哪些方面還有所欠缺。這些方法只有在熟練掌握之后才會(huì)真正理解，就像我在編寫(xiě)代碼的過(guò)程中，難免會(huì)忘記一些方法或如何聲明屬性等等。

我不太愿意寫(xiě)一些業(yè)務(wù)邏輯，例如典型的購(gòu)物車邏輯，因?yàn)檫@對(duì)個(gè)人的成長(zhǎng)沒(méi)有太大幫助，反而可能使我們陷入業(yè)務(wù)誤區(qū)。但是，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法則不同。好了，言歸正傳，現(xiàn)在我們來(lái)看看如何對(duì)之前的簡(jiǎn)易版跳表進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)于跳表的解釋我就不再贅述了。在上一篇中，我們只定義了一個(gè)固定步長(zhǎng)為2的跳表，使節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行跳躍查詢，而不是遍歷節(jié)點(diǎn)查詢。然而，真正的跳表有許多跳躍步長(zhǎng)的選擇，并不僅限于單一的步長(zhǎng)。因此，今天我們將實(shí)現(xiàn)多個(gè)跳躍步長(zhǎng)的功能，先從簡(jiǎn)單的開(kāi)始練習(xí)，例如增加一個(gè)固定的跳躍步長(zhǎng)4。

如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)跳躍步長(zhǎng)，我們就不能直接用單獨(dú)的索引節(jié)點(diǎn)來(lái)表示了，而是需要使用列表來(lái)存儲(chǔ)。否則，我們將不得不為每個(gè)步長(zhǎng)定義一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)。因此，我修改了節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

class SkipNode:

    def __init__(self,value,before_node=None,next_node=None,index_node=None):
        self.value = value
        self.before_node = before_node
        self.next_node = next_node
        # 這是一個(gè)三元表達(dá)式
        self.index_node = index_node if index_node is not None else []

在這個(gè)優(yōu)化過(guò)程中，我們使用了一個(gè)三元表達(dá)式。在Python中，沒(méi)有像Java語(yǔ)言中的三元運(yùn)算符（?:）那樣的寫(xiě)法。不過(guò)，我們可以換一種寫(xiě)法：[值1] if [條件] else [值2]，這與 [條件] ? [值1] : [值2] 是等價(jià)的。

我們不需要對(duì)插入數(shù)據(jù)的邏輯實(shí)現(xiàn)進(jìn)行修改。唯一的區(qū)別在于我們將重新建立索引的方法名更改為re_index_pro。為了節(jié)省大家查閱歷史文章的時(shí)間，我也直接將方法貼在下面。

def insert_node(node):
    if head.next_node is None:
        head.next_node = node
        node.next_node = tail
        node.before_node = head
        tail.before_node = node
        return
    temp = head.next_node
    # 當(dāng)遍歷到尾節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要直接插入
    while temp.next_node is not None or temp == tail:
        if temp.value > node.value or temp == tail:
            before = temp.before_node
            before.next_node = node
            temp.before_node = node
            node.before_node = before
            node.next_node = temp
            break
        temp = temp.next_node
    re_index_pro()

為了提高性能，我們需要對(duì)索引進(jìn)行升級(jí)和重新規(guī)劃。具體操作包括刪除之前已規(guī)劃的索引，并新增索引步長(zhǎng)為2和4。

def re_index_pro():
    step = 2
    second_step = 4
    # 用來(lái)建立步長(zhǎng)為2的索引的節(jié)點(diǎn)
    index_temp_for_one = head.next_node
    # 用來(lái)建立步長(zhǎng)為4的索引的節(jié)點(diǎn)
    index_temp_for_second = head.next_node
    # 用來(lái)遍歷的節(jié)點(diǎn)
    temp = head.next_node
    while temp.next_node is not None:
        temp.index_node = []
        if step == 0:
            step = 2
            index_temp_for_one.index_node.append(temp)
            index_temp_for_one = temp
        if second_step == 0:
            second_step = 4
            index_temp_for_second.index_node.append(temp)
            index_temp_for_second = temp
        temp = temp.next_node
        step -= 1
        second_step -= 1

我們需要對(duì)查詢方法進(jìn)行優(yōu)化，雖然不需要做大的改動(dòng)，但由于我們的索引節(jié)點(diǎn)已更改為列表存儲(chǔ)，因此需要從列表中獲取值，而不僅僅是從節(jié)點(diǎn)獲取。在從列表中獲取值的過(guò)程中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)列表可能有多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但我們肯定先要獲取最大步長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)。如果確定步長(zhǎng)太大，我們可以縮小步長(zhǎng)，如果仍然無(wú)法滿足要求，則需要遍歷節(jié)點(diǎn)。

def search_node(value):
    temp = head.next_node
    # 由于我們有了多個(gè)索引節(jié)點(diǎn)，所以我們需要知道跨步是否長(zhǎng)了，如果長(zhǎng)了需要縮短步長(zhǎng)，也就是尋找低索引的節(jié)點(diǎn)。index_node[1] --> index_node[0]
    step = 0
    while temp.next_node is not None:
        step += 1
        if value == temp.value:
            print(f"該值已找到，經(jīng)歷了{(lán)step}次查詢")
            return
        elif value < temp.value:
            print(f"該值在列表不存在,經(jīng)歷了{(lán)step}次查詢")
            return
                if temp.index_node:
            for index in range(len(temp.index_node) - 1, -1, -1):
                if value > temp.index_node[index].value:
                    temp = temp.index_node[index]
                    break
            else:
                temp = temp.next_node
        else:
            temp = temp.next_node
    print(f"該值在列表不存在,經(jīng)歷了{(lán)step}次查詢")

為了使大家更容易查看數(shù)據(jù)和索引的情況，我對(duì)節(jié)點(diǎn)遍歷的方法進(jìn)行了修改，具體如下所示：

def print_node():
    my_list = []
    temp = head.next_node
    while temp.next_node is not None:
        if temp.index_node:
            my_dict = {"current_value": temp.value, "index_value": [node.value for node in temp.index_node]}
        else:
            my_dict = {"current_value": temp.value, "index_value": temp.index_node}  # 設(shè)置一個(gè)默認(rèn)值為None
        my_list.append(my_dict)
        temp = temp.next_node
    for item in my_list:
        print(item)

為了進(jìn)一步優(yōu)化查詢結(jié)果，我們可以簡(jiǎn)單地運(yùn)行一下，通過(guò)圖片來(lái)觀察優(yōu)化的效果。從結(jié)果可以看出，我們確實(shí)減少了兩次查詢的結(jié)果，這是一個(gè)很好的進(jìn)展。然而，實(shí)際的跳表結(jié)構(gòu)肯定比我簡(jiǎn)化的要復(fù)雜得多。例如，步長(zhǎng)可能不是固定的，因此我們需要進(jìn)一步優(yōu)化。

由于我們已經(jīng)將索引節(jié)點(diǎn)改為列表存儲(chǔ)，所以我們能夠進(jìn)行一些較大的修改的地方就是重建索引的方法。

為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)置步長(zhǎng)，我需要獲取當(dāng)前列表的長(zhǎng)度。為此，我在文件中定義了一個(gè)名為total_size的變量，并將其初始值設(shè)置為0。在插入操作時(shí)，我會(huì)相應(yīng)地對(duì)total_size進(jìn)行修改。由于多余的代碼較多，我不會(huì)在此粘貼。

def insert_node(node):
    global total_size
    total_size += 1
    if head.next_node is None:
    # 此處省略重復(fù)代碼。

在這個(gè)方法中，我們使用了一個(gè)global total_size，這樣定義的原因是因?yàn)槿绻覀兿胍诤瘮?shù)內(nèi)部修改全局變量，就必須這樣寫(xiě)。希望你能記住這個(gè)規(guī)則，不需要太多的解釋。Python沒(méi)有像Java那樣的限定符。

def re_index_fin():
    # 使用字典模式保存住step與前一個(gè)索引的關(guān)系。
    temp_size = total_size
    dict = {}
    dict_list = []
    # 這里最主要的是要將字典的key值與節(jié)點(diǎn)做綁定，要不然當(dāng)設(shè)置索引值時(shí)，每個(gè)源節(jié)點(diǎn)都不一樣。
    while int((temp_size / 2)) > 1:
        temp_size = int((temp_size / 2))
        key_str = f"step_{temp_size}"
        # 我是通過(guò)key_str綁定了temp_size步長(zhǎng)，這樣當(dāng)這個(gè)步長(zhǎng)被減到0時(shí)，步長(zhǎng)恢復(fù)到舊值時(shí)，我能找到之前的元素即可。
        dict[key_str] = head.next_node
        dict_list.append(temp_size)
    # 備份一下，因?yàn)樵诓介L(zhǎng)減到0時(shí)需要恢復(fù)到舊值
    backup = list(dict_list)
    # 用來(lái)遍歷的節(jié)點(diǎn)
    temp = head.next_node
    while temp.next_node is not None:
        temp.index_node = []
        # 直接遍歷有幾個(gè)步長(zhǎng)
        for i in range(len(dict_list)):
            dict_list[i] -= 1  # 每個(gè)元素減一
            if dict_list[i] == 0:
                dict_list[i] = backup[i]  # 恢復(fù)舊值
                # 找到之前的源節(jié)點(diǎn)，我要進(jìn)行設(shè)置索引節(jié)點(diǎn)了
                temp_index = f"step_{backup[i]}"
                temp_index_node = dict[temp_index]
                temp_index_node.index_node.append(temp)
                dict[temp_index] = temp  # 更換要設(shè)置的源節(jié)點(diǎn)
        temp = temp.next_node

這里有很多循環(huán)，其實(shí)我想將步長(zhǎng)和節(jié)點(diǎn)綁定到一起，以優(yōu)化性能。如果你愿意，可以嘗試優(yōu)化一下，畢竟這只是跳表的最初版本。讓我們來(lái)演示一下，看看優(yōu)化的效果如何。最終結(jié)果如下，其實(shí)還是可以的。我大概試了一下，如果數(shù)據(jù)分布不太好的話，很可能需要進(jìn)行多達(dá)6次的查詢才能找到結(jié)果。

總結(jié)

我們實(shí)現(xiàn)的跳表有許多優(yōu)化的方面需要考慮。例如，我們可以避免每次都重新規(guī)劃索引，因?yàn)檫@是不必要的。另外，我們也可以探索不同的步長(zhǎng)綁定方法，不一定要按照我目前的方式進(jìn)行。今天先說(shuō)到這里，因?yàn)槲艺J(rèn)為跳表的實(shí)現(xiàn)邏輯相當(dāng)復(fù)雜。我們可以在跳表這個(gè)領(lǐng)域暫時(shí)告一段落。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java开发者的Python快速进修指南：实战之跳表pro版本的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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