C#实现块状链表的项目实践
作者：神仙别闹
这篇文章主要介绍了C#实现块状链表的项目实践,通过定义块和链表类,利用块内元素引用实现块与块之间的链接关系,从而实现对块状链表的遍历、插入和删除等操作,感兴趣的可以了解一下
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，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。。。
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=100 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 lg√N 的时间找到段中的元素，那么最理想的复杂度为 √N+lg√N≈√N。。。
下面我们看看怎么具体使用：
一、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。
public class BlockLinkNode
{
/// <summary>
/// 指向前一个节点的指针
/// </summary>
public BlockLinkNode prev;
/// <summary>
/// 指向后一个节点的指针
/// </summary>
public BlockLinkNode next;
/// <summary>
/// 链表中的数组
/// </summary>
public List<int> list;
}
二、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：
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。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>
/// <param name="node"></param>
/// <param name="num"></param>
/// <returns></returns>
private BlockLinkNode Add(BlockLinkNode node, int num)
{
if (node == null)
{
return node;
}
else
{
/*
* 第一步：找到指定的节点
*/
if (node.list.Count == 0)
{
node.list.Add(num);
total = total + 1;
return node;
}
//下一步：再比较是否应该分裂块
var blockLen = (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.Count > blockLen)
{
//先将数据插入到数据库
var mid = node.list.Count / 2;
//分裂处的前段部分
var firstList = new List<int>();
//分裂后的后段部分
var lastList = new List<int>();
//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
var nNode = new BlockLinkNode();
nNode.list = lastList;
nNode.next = node.next;
nNode.prev = node;
//改变当前节点的next和list
node.list = firstList;
node.next = nNode;
}
total = total + 1;
return node;
}
return Add(node.next, num);
}
}
二、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>
/// <param name="node"></param>
/// <param name="num"></param>
/// <returns></returns>
private BlockLinkNode Remove(BlockLinkNode node, int num)
{
if (node == null)
{
return node;
}
else
{
//第一步： 判断删除元素是否在该节点内
if (node.list.Count > 0 && num >= 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
var prevcount = 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
var blockLen = (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.Count < blockLen)
{
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;
}
}
}
return node;
}
return Remove(node.next, num);
}
}
三、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。
public string Get(int num)
{
var blockIndex = 0;
var arrIndex = 0;
var temp = blockLinkNode;
while (temp != null)
{
//判断是否在该区间内
if (temp.list.Count > 0 && num >= temp.list[0] && num <= temp.list[temp.list.Count - 1])
{
arrIndex = temp.list.IndexOf(num);
return string.Format("当前数据在第{0}块中的{1}个位置", blockIndex, arrIndex);
}
blockIndex = blockIndex + 1;
temp = temp.next;
}
return string.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，最后是总的代码：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace ConsoleApplication3
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<int> list = new List<int>() { 8959, 30290, 18854, 7418, 28749, 17313, 5877, 27208, 15771, 4335 };
//list.Clear();
//List<int> list = new List<int>();
//for (int i = 0; i < 100; i++)
//{
// var num = new Random((int)DateTime.Now.Ticks).Next(0, short.MaxValue);
// System.Threading.Thread.Sleep(1);
// list.Add(num);
//}
BlockLinkList blockList = new BlockLinkList();
foreach (var item in list)
{
blockList.Add(item);
}
//var b = blockList.IsExist(333);
//blockList.GetCount();
Console.WriteLine(blockList.Get(27208));
#region MyRegion
随机删除150个元素
//for (int i = 0; i < 5000; i++)
//{
// var rand = new Random((int)DateTime.Now.Ticks).Next(0, list.Count);
// System.Threading.Thread.Sleep(2);
// Console.WriteLine("\n**************************************\n当前要删除元素：{0}", list[rand]);
// blockList.Remove(list[rand]);
// Console.WriteLine("\n\n");
// if (blockList.GetCount() == 0)
// {
// Console.Read();
// return;
// }
//}
#endregion
Console.Read();
}
}
public class BlockLinkList
{
BlockLinkNode blockLinkNode = null;
public BlockLinkList()
{
//初始化节点
blockLinkNode = new BlockLinkNode()
{
list = new List<int>(),
next = null,
prev = null
};
}
/// <summary>
/// 定义块状链表的总长度
/// </summary>
private int total;
public class BlockLinkNode
{
/// <summary>
/// 指向前一个节点的指针
/// </summary>
public BlockLinkNode prev;
/// <summary>
/// 指向后一个节点的指针
/// </summary>
public BlockLinkNode next;
/// <summary>
/// 链表中的数组
/// </summary>
public List<int> list;
}
/// <summary>
/// 判断指定元素是否存在
/// </summary>
/// <param name="num"></param>
/// <returns></returns>
public bool IsExist(int num)
{
var isExist = false;
var temp = blockLinkNode;
while (temp != null)
{
//判断是否在该区间内
if (temp.list.Count > 0 && num >= temp.list[0] && num <= temp.list[temp.list.Count - 1])
{
isExist = temp.list.IndexOf(num) > 0 ? true : false;
return isExist;
}
temp = temp.next;
}
return isExist;
}
public string Get(int num)
{
var blockIndex = 0;
var arrIndex = 0;
var temp = blockLinkNode;
while (temp != null)
{
//判断是否在该区间内
if (temp.list.Count > 0 && num >= temp.list[0] && num <= temp.list[temp.list.Count - 1])
{
arrIndex = temp.list.IndexOf(num);
return string.Format("当前数据在第{0}块中的{1}个位置", blockIndex, arrIndex);
}
blockIndex = blockIndex + 1;
temp = temp.next;
}
return string.Empty;
}
/// <summary>
/// 将元素加入到块状链表中
/// </summary>
/// <param name="num"></param>
public BlockLinkNode Add(int num)
{
return Add(blockLinkNode, num);
}
/// <summary>
/// 添加元素只会进行块状链表的分裂
/// </summary>
/// <param name="node"></param>
/// <param name="num"></param>
/// <returns></returns>
private BlockLinkNode Add(BlockLinkNode node, int num)
{
if (node == null)
{
return node;
}
else
{
/*
* 第一步：找到指定的节点
*/
if (node.list.Count == 0)
{
node.list.Add(num);
total = total + 1;
return node;
}
//下一步：再比较是否应该分裂块
var blockLen = (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.Count > blockLen)
{
//先将数据插入到数据库
var mid = node.list.Count / 2;
//分裂处的前段部分
var firstList = new List<int>();
//分裂后的后段部分
var lastList = new List<int>();
//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
var nNode = new BlockLinkNode();
nNode.list = lastList;
nNode.next = node.next;
nNode.prev = node;
//改变当前节点的next和list
node.list = firstList;
node.next = nNode;
}
total = total + 1;
return node;
}
return Add(node.next, num);
}
}
/// <summary>
/// 从块状链表中移除元素
/// </summary>
/// <param name="num"></param>
/// <returns></returns>
public BlockLinkNode Remove(int num)
{
return Remove(blockLinkNode, num);
}
/// <summary>
/// 从块状链表中移除元素,涉及到合并
/// </summary>
/// <param name="node"></param>
/// <param name="num"></param>
/// <returns></returns>
private BlockLinkNode Remove(BlockLinkNode node, int num)
{
if (node == null)
{
return node;
}
else
{
//第一步： 判断删除元素是否在该节点内
if (node.list.Count > 0 && num >= 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
var prevcount = 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
var blockLen = (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.Count < blockLen)
{
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;
}
}
}
return node;
}
return Remove(node.next, num);
}
}
/// <summary>
/// 获取块状链表中的所有个数
/// </summary>
/// <returns></returns>
public int GetCount()
{
int count = 0;
var temp = blockLinkNode;
Console.Write("各节点数据个数为：");
while (temp != null)
{
count += temp.list.Count;
Console.Write(temp.list.Count + ",");
temp = temp.next;
}
Console.WriteLine("总共有:{0} 个元素", count);
return count;
}
}
}
到此这篇关于C#实现块状链表的项目实践的文章就介绍到这了,更多相关C# 块状链表内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！