如何实现双向链表

Posted 2023-02-18

【中文标题】如何实现双向链表

【英文标题】：how to implement doubly linked lists

【发布时间】：2012-05-10 07:49:09

【问题描述】：

在 Haskell 中是否可以有一个双向链表，实现它们的理想解决方案是什么？我正在实现一个场景图，其中每个小部件都有一个父级和一个子级，向上和向下查看图形是有益的。

【问题讨论】：

对不起，我很迂腐，但是恕我直言，在纯 FP 的上下文中将 haskell 的列表称为“链表”或谈论“双向链表”会拖累很多必要的包袱（指针、破坏性更新）进入讨论并混淆事物。

如果不直接与您的问题相关，则与您的目标相关...在论文“Huge Data but Small Programs”eprints.whiterose.ac.uk/5000 中实现了一个场景图-尽管该代码仍有望公开它从来没有被放在 Hackage 上。遗憾的是，似乎没有多少已发表的关于函数式编程领域的工作，这是一个很好的话题，这很可惜。

与使用双向链表相比，在haskell 中将数据存储为单链树然后用zipper 遍历它要容易得多

youtube.com/watch?v=-HZ4bo_USvE

【参考方案1】：

双向链表不是数据类型，而是实现细节。我认为您想要的是一个类似列表的数据结构，您可以在其中高效地左右移动。这个数据结构是一个列表的拉链，只是一对列表。前缀以相反的顺序表示。要向左/向右移动，您只需将后缀列表的头部移动到前缀上，反之亦然。

【讨论】：

这并不完全正确。双向链表可以形成一个 FIFO 队列，队列/出队的 O(1)，但是每次在队列和出队之间交换时，使用 Zipper 做到这一点将是 O(n)。您无法满足双向链表的大 O 要求，其中任何东西实际上类似于（非 IO）Haskell 中的双向链表，并且除了一个您无法扩展的单个冻结列表之外的任何东西。 Sequence 提供了正确的操作，但它确实是一棵聪明的树，而不是列表。您可以使用 DLList 之类的 diff-list 使其以后可扩展，但这也没有合适的大 O。

【参考方案2】：

由于您（通常）在 Haskell 中没有 OO 样式的对象，因此认为数据具有自我意识是很奇怪的。请务必注意，您通常不会在 Haskell 数据类型中使用聚合，而是倾向于组合。

您可能想查看XMonad，看看他们的设计是否符合您的需求（代码的可读性令人惊讶）。

您可能还想重新构建您的设计，以便您永远不需要俯视您（例如，通过传递子“回调”）。

您可能还想看看是否可以为整个图表编写一个拉链。

【参考方案3】：

在 Haskell 中创建一个双向链表并不实际，因为您必须一次构建它。

例如，假设您有一个列表[1, 2, 3, 4, 5]，您希望将其进行双向链接。现在，让我们想象一下列表是如何表示的：

data DoubleList a
  = LeftEnd  a (DoubleList a)
  | Middle   a (DoubleList a) (DoubleList a)
  | RightEnd a (DoubleList a)

（为了简单起见，我在两端使用了两个不同的构造函数）

要构建上面的列表，你必须首先构建第一个元素：

let e1 = LeftEnd  1 ...

但是要构造第一个元素，你已经需要第二个元素了：

let e1 = LeftEnd  1 e2
    e2 = Middle   2 e1 ...

对于第二个元素，你需要第三个，等等：

let e1 = LeftEnd  1 e2
    e2 = Middle   2 e1 e3
    e3 = Middle   3 e2 e4
    e4 = Middle   4 e3 e5
    e5 = RightEnd 5 e4

由于惰性求值，这在 Haskell 中是可能的；这种策略被称为“打结”（而且您不必将其全部放在一个 let 块中；您可以将构造划分为函数）

但是，换句话说，要创建一个双向链表，你需要一次构建它，如果你想改变它的任何部分，你要么需要使用Zipper，要么只做每次都有一份完整的副本。

我建议改用Data.Sequence，这是一种优化的基于手指树的顺序存储实现。它支持非常快速的插入、删除和迭代，同时仍然是一个纯粹的函数式数据结构。

否则，您可能只想使用 Zippers，但将它们用于树而不是列表。有关 Zippers 的更多信息，请访问Haskell Wiki。拉链非常适合这种情况，因为它们提供了您所追求的确切功能：如果您使用拉链访问一棵树，您可以访问您正在访问的树部分的“父母”，但树本身不必包含父引用。

【讨论】：

至于从list([a])构建双向链表，here的一码sn-p;这是create 函数。

Data.Sequence 的不错！现在有一个有趣的类型！还可以快速访问列表的两端，这正是我所追求的

“在 Haskell 中创建一个双向链表是不切实际的，因为你必须一次构建它。”多么具有误导性的开场白；它是haskell，所有东西都是一次性构建的或构建为流。

@Dmitry 不，可以通过 O(1) (:)（缺点）逐个元素地构造单链表。