数据结构中的随机化手指搜索树


确定性搜索树的两种随机化替代方案是随机二叉搜索树、treap 和跳表。treap 和跳表都被定义为优雅的数据结构,其中随机化简化了简单而高效的更新操作。

在本节中,我们将解释 treap 和跳表如何都能够实现为高效的手指搜索树,而无需更改数据结构本身。两种数据结构都支持手指搜索,预期时间复杂度为 O(log d),其中预期值是在数据结构构建过程中算法创建的随机选择上取的。

跳表

在跳表中,可以从包含元素 b 的节点开始对手指搜索元素 a,只需从此处继续搜索即可。请注意,如果 a < b,则搜索将向后进行;如果 a > b,则搜索将向前进行。向后搜索与跳表中的普通搜索对称,但向前搜索实际上更复杂。通常,跳表中的搜索预期速度很快,因为列表开头的哨兵被认为是最高的节点。但是,我们的手指可能与高度为 1 的节点相关联。因此,在尝试搜索时,我们可能很少向上攀爬;这在正常情况下是永远不会发生的。但是,即使存在这种复杂性,我们仍然能够实现 O(log d) 的预期搜索时间。

Treap

Treap 被定义为随机二叉搜索树 (BST)。在 treap 中搜索与在任何其他 BST 中搜索元素类似。但是,treap 具有这样的特性:距离为 d 的两个元素之间的预期路径长度表示为 O(log d)。因此,对手指搜索从包含元素 b 的节点开始搜索元素 a,可以从 b 元素向上遍历树,直到找到元素 a 的祖先,此时正常 BST 搜索将照常进行。虽然计算一个节点是否为另一个节点的祖先并非易事,但可以增强树以支持这种形式的查询,以提供 O(log d) 的预期手指搜索时间。

更新于:2020年1月7日

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