具有随机访问元素移除的类似队列的数据结构答案

【问题标题】：Queue-like data structure with random access element removal具有随机访问元素移除的类似队列的数据结构
【发布时间】：2012-02-28 21:55:55
【问题描述】：

是否有类似队列的数据结构也支持在任意点移除元素？入队和出队最常发生，但在速度方面，中间队列元素删除必须相似，因为可能存在最常见的操作。性能的一致性比绝对速度更重要。时间比记忆更重要。队列长度很小，在绝对峰值负载下不到 1,000 个元素。如果不是很明显，我会明确说明：不需要随机插入。

已标记 C++，因为那是我的实现语言，但我没有使用（也不想使用）任何 STL 或 Boost。仅限纯 C 或 C++（我会将 C 解决方案转换为 C++ 类。）

编辑：我想我想要的是一种也有队列接口的字典（或也有字典接口的队列），这样我就可以做这样的事情：

Container.enqueue(myObjPtr1);
MyObj *myObjPtr2 = Container.dequeue();
Container.remove(myObjPtr3);

【问题讨论】：

为什么不用 STL 或 Boost ？它们是纯 C++。否则，您需要编写自己的数据结构。
没有 STL？那你就得自己写了。我会用一棵树来更新左子节点中有多少个节点。应该是 log(n) 一切。
(I will wrap C solutions in a C++ class.)我拒绝继续阅读
@TimKemp：编程就是解决问题。库是您的问题中已经解决的部分。尽可能不使用它们既浪费又荒谬。
@Lightness：是的，我们以前去过那里，我坚定地支持 STL-is-not-the-std-lib 阵营。然而，大部分 STL 已被合并到 C++ 标准库中，我认为它是 C++ 的一部分（毕竟它是标准论文的主要部分）。

标签： c++ data-structures

【解决方案1】：

我认为双链表正是你想要的（假设你不想要优先级队列）：

在两端轻松快速地添加元素
从任何地方轻松快速地删除元素

您可以使用std::list 容器，但是（在您的情况下）很难删除元素如果您只有一个指向元素的指针（或引用）（包装在 STL 的列表元素中），则从列表的中间开始，但是你没有迭代器。如果使用迭代器（例如存储它们）不是一种选择 - 那么实现双链表（即使使用元素计数器）应该很容易。如果您实现自己的列表 - 您可以直接操作指向元素的指针（每个元素都包含指向其两个邻居的指针）。如果您不想使用 Boost 或 STL，这可能是最好的选择（也是最简单的），并且您可以控制一切（您甚至可以为列表元素编写自己的块分配器以加快事物）。

【讨论】：

请注意，链表不允许快速删除“所有位置的元素”，因为finding列表中的元素是O(n)。如果您被要求删除值为k [或索引i] 的元素，它将是O(n)。
那你没有理解我的评论。如果我有一个指向 list 元素 的指针（其中包含指向其两个邻居的指针），那么我还需要找到什么？
好的，这听起来很有趣，谢谢，该方法应该有效。我会调查的。

【解决方案2】：

一种选择是使用顺序统计树，这是一种增强的树结构，支持对每个元素的 O(log n) 随机访问，以及在任意点的 O(log n) 插入和删除.在内部，顺序统计树被实现为带有额外信息的平衡二叉搜索树。因此，查找比在标准动态数组中要慢，但插入要快得多。

希望这会有所帮助！

【讨论】：

对末端的插入/移除比deque 慢，但对中间更快。
谢谢，有参考实现或论文吗？除了一些其他问题之外，在这些方面的搜索并没有太多结果。
@Tim Kemp- 我在 C:geeksforgeeks.org/archives/10379 中找到了这个实现。一段时间以来，我一直想在 C++ 中实现这个结构，所以我想我可能会在有空闲时间的时候这样做（不知道多久会这样）。如果我这样做，我会在这里发布。

【解决方案3】：

您可以结合使用链表和哈希表。在 java 中它被称为LinkedHashSet。

思路很简单，有一个元素的链表，还要维护一个(key,nodes)的hash map，其中node是指向链表中相关节点的指针，key是key代表这个节点。

请注意，基本实现是set，需要一些额外的工作才能使此数据结构允许欺骗。

这个数据结构允许O(1) 头/尾访问，以及O(1) 访问列表中的任何元素。 [平均全部是电动的]

【讨论】：

作为补充说明，这可以通过 std::unordered_set 和 Boost.Intrusive 列表轻松实现。
只是一个想法 - 如果队列中有重复的元素会发生什么？你会如何区分它们？另外，如果你想按索引删除，你会怎么支持呢？
@templatetypedef：需要做更多的工作来支持重复 - 正如我所提到的。一个可能的解决方案可能是map<key,list<node>> - 但是当您的列表有很多欺骗时，它会受到影响。 LinkedHashSet 的索引删除确实存在问题 - 我想任何有效的解决方案都需要将列表转换为跳过列表[带有索引计数]，这将导致操作衰减到 O(logn)。这里有一个明显的权衡：LinkedHashSet 的O(1) 性能并不是免费的。
如果“随机访问”是按顺序，也就是列表中元素的索引，这将不起作用