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寻找具有O(1)索引和O(log(n))插入和删除的数据容器

algorithm

我不确定是否有可能,但是对我来说似乎有点合理,我正在寻找一种数据结构,该结构可以进行以下操作:

  • 用O(log n)插入项目
  • 用O(log n)删除项目
  • 针对任意k(O(1)索引)查找/编辑O(1)中的第k个最小元素

当然,编辑不会导致元素顺序发生任何变化。而使之成为可能的是,我将按递增的顺序逐个插入元素。因此,例如,如果我尝试第五次插入,我确定此元素之前的所有四个元素都小于它,而此之后的所有元素都将更大。


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2020-07-28

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我不知道这样的数据容器是否可能要求的时间复杂度。但是这里有两种方法,几乎​​可以解决这些复杂问题。

第一个是具有O(1)插入和索引但O(sqrt
N)删除的分层向量。由于您期望在此容器中只有大约10000个元素,而sqrt(10000)/ log(10000)=
7,因此您在此处几乎获得了所需的性能。分层向量是作为环形缓冲区的数组实现的,因此删除元素需要将所有元素移动到环形缓冲区中,然后将其移动,并将一个元素从随后的每个环形缓冲区中移到其前一个;在此容器中建立索引意味着在环形缓冲区数组中建立索引,然后在环形缓冲区内部建立索引。

可以创建一个与分层向量非常相似的不同容器,具有完全相同的复杂性,但是由于它对缓存更友好,因此工作速度更快。分配一个N元素数组以存储值。并分配一个sqrt(N)元素数组以存储索引更正(以零初始化)。我将在100个元素的容器示例中展示其工作原理。要删除索引为56的元素,请将元素57..60移至位置56..59,然后在索引更正数组中向元素6..9加1。要找到第84个元素,请在索引更正数组中查找第八个元素(其值为1),然后将其值添加到索引(84
+ 1 =
85),然后从主数组中获取第85个元素。在删除主数组中大约一半的元素后,有必要压缩整个容器以实现连续存储。这仅获得O(1)累积复杂度。对于实时应用,可以在几个较小的步骤中执行此操作。

可以将这种方法扩展到深度为M 的Trie,将O(M)时间用于索引编制,将O(M * N 1 / M)时间用于删除,将O(1)时间用于插入。只需分配一个N元素数组即可存储值N (M-1)/ M,N (M-2)/ M,…,N 1 /
M-element数组以存储索引更正。要删除元素2345,请在主数组中移动4个元素,在最大的“更正”数组中增加5个元素,在下一个中增加6个元素,在最后一个中增加7个元素。要从此容器中获取元素5678,请将元素5、56、567中的所有校正添加到5678,然后使用结果对主数组进行索引。为“
M”选择不同的值,您可以平衡索引操作和删除操作之间的复杂性。例如,对于N = 65000,可以选择M = 4;对于N = 65000,可以选择M =
4。因此建立索引仅需要4次内存访问,而删除更新只需4 * 16 = 64个内存位置。

2020-07-28