具有历史记录的搜索结构（持久性）

Posted 2023-04-01

【中文标题】具有历史记录的搜索结构（持久性）

【英文标题】：Search structure with history (persistence)

【发布时间】：2012-06-21 07:46:57

【问题描述】：

我需要一个类似地图的数据结构（在 C++ 中）来存储具有以下功能的对 (Key,T)：

您可以将新元素 (Key,T) 插入到当前结构中 可以根据当前结构中的Key搜索元素 您可以制作当前版本结构的“快照” 您可以切换到创建快照的结构版本之一，然后从那里继续所有操作 完全删除其中一个版本

我不需要的东西

从结构中移除元素 将不同版本的结构合并为一个 迭代当前存储在结构中的所有（或部分）元素

换句话说，您可以建立一些搜索结构，但在任何时候您都可以跳入历史，并以不同的方式扩展结构的早期/不同版本。稍后您可能会在这些不同的版本之间跳转。

在我的项目中，Key 和 T 可能是整数或指针值，而不是字符串。

主要目标是降低时间复杂度；空间消耗是次要的（但也应该是合理的）。澄清一下，对我来说 log(N)+log(S) （其中 N 个元素，S 个快照）就足够了，虽然更快更好:)

我对如何实现它有一些粗略的想法-例如：作为二叉搜索树的结构，插入新元素可以克隆从根到插入位置的路径，同时保留其余部分树完好无损。切换树版本相当于选择不同版本的根节点，其中一些更改根本不可见。

但是，要使此自定义树高效（例如自平衡），将需要一些额外的努力和仔细的编码。我当然可以自己做，但也许已经有现有的库可以做到这一点？

此外，这种数据结构可能有一个我根本不知道的专有名称，这使得我的 Google 搜索（或 SO 搜索）完全失败......

感谢您的帮助！

【问题讨论】：

你从来没有提到有序键；内部结构可以是一个哈希表，以便更快地访问。为每个快照提供一个指向其父快照的指针，并对快照计数的线性时间进行链式探测，但总项目计数的时间是恒定的。

为了帮助您的搜索：persistent 是用于限定此类数据结构的术语。它通常在底层使用引用计数来实现。

快照计数中的线性时间可能太慢。我更喜欢 log(N) 周围的东西，甚至完全隐藏快照

【参考方案1】：

我认为您正在寻找的是不可变的地图。函数式（或受函数启发的）编程语言（例如 Haskell 或 Scala）具有您在 STL 中找到的大多数容器的不可变版本。诸如插入/删除等操作然后返回地图的副本（保留原件）以及包含您请求的修改的副本。在设计数据结构方面做了大量工作，以便副本能够尽可能多地指向原始数据结构，从而减少每个操作的时间和内存复杂性。

您可以在本书中找到更多详细信息，例如：http://www.amazon.co.uk/Purely-Functional-Structures-Chris-Okasaki/dp/0521663504。

【讨论】：

这正是我想要回答的。我只是将 OCaml 添加到提供此类结构的语言列表中。

有提示很好，但 OP 要求提供支持此功能的库以避免重新实现它。老实说，我不知道这样的库是否存在，所以我想提示很好，但这不是核心问题。

感谢您的建议，我一定会看那本书，也许它可以让我更好地说明我的需求并帮助我的实施...... -IF- 我决定自己实施。跨度>

@Alex：谢谢你，我找到了冈崎博士论文的pdf版本，同名：cs.cmu.edu/~rwh/theses/okasaki.pdf

@CygnusX1：我很好地为您寻找现有的实现，但似乎没有出现。 FC++ 现在似乎已经退休了，并且从未有过树状结构 - 但没有其他任何事情被曝光。很高兴你找到了论文！

【参考方案2】：

在搜索一些持久性搜索树库时，我偶然发现了这个：

http://cg.scs.carleton.ca/~dana/pbst/

虽然它没有所需的完全相同的功能，但它似乎非常接近它。我会调查的。

（在此处发布，因为有人可能会发现它也很有用）