數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-Trie

? Trie 也叫做字典樹(shù)舶治、前綴樹(shù)(Prefix Tree)亿鲜、單詞查找樹(shù)
? Trie 搜索字符串的效率主要跟字符串的長(zhǎng)度有關(guān)
? 假設(shè)使用 Trie 存儲(chǔ) cat、dog、doggy齿穗、does、cast饺律、add 六個(gè)單詞


接口設(shè)計(jì)

int size();
boolean isEmpty();
void clear();
boolean contains(String str);
void add(String st );
void remove(String str);
boolean starsWith(String prefix);
int size();
boolean isEmpty();
void clear();
boolean contains(String str);
V add(String str, V value);
V remove(String str);
boolean starsWith(String prefix);

代碼

package com.njf;

import java.util.HashMap;

public class Trie<V> {
    /*
     * size代表單詞的數(shù)量
     */
    private int size;
    private Node<V> root;
    
    public int size() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    public void clear() {
        size = 0;
        root = null;
    }

    /*
     * 獲取字符串最后一個(gè)字符對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)窃页,如果節(jié)點(diǎn)不為空且是單詞,就返回該節(jié)點(diǎn)的value
     */
    public V get(String key) {
        Node<V> node = node(key);
        return node != null && node.word ? node.value : null;
    }

    public boolean contains(String key) {
        Node<V> node = node(key);
        return node != null && node.word;
    }

    public V add(String key, V value) {
        //檢測(cè)key是否為空
        keyCheck(key);
        // 創(chuàng)建根節(jié)點(diǎn)
        if (root == null) {
            root = new Node<>(null);
        }
        Node<V> node = root;
        int len = key.length();
        //遍歷字符串key
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            //獲取字符串的每個(gè)字符
            char c = key.charAt(i);
            //判斷子節(jié)點(diǎn)的哈希map是否為空复濒,也就是子節(jié)點(diǎn)是否為空
            boolean emptyChildren = node.children == null;
            Node<V> childNode = emptyChildren ? null : node.children.get(c);
            if (childNode == null) {
                //子節(jié)點(diǎn)為空就創(chuàng)建該節(jié)點(diǎn)
                childNode = new Node<>(node);
                childNode.character = c;
                node.children = emptyChildren ? new HashMap<>() : node.children;
                //子節(jié)點(diǎn)賦值到父節(jié)點(diǎn)的hashMap中
                node.children.put(c, childNode);
            }
            node = childNode;
        }
        //獲取到字符串的最后一個(gè)字符對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)
        if (node.word) {// 已經(jīng)存在這個(gè)單詞
            V oldValue = node.value;
            node.value = value;
            return oldValue;
        }
        //新增一個(gè)單詞
        node.word = true;
        node.value = value;
        size ++;
        return null;
    }

    public V remove(String key) {
        // 找到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node<V> node = node(key);
        // 如果不是單詞結(jié)尾脖卖,不用作任何處理
        if (node == null || !node.word) return null;
        size --;
        V oldValue = node.value;
        // 如果還有子節(jié)點(diǎn),就把紅色的子節(jié)點(diǎn)改變成藍(lán)色
        if (node.children != null && !node.children.isEmpty()) {
            node.word = false;
            node.value = null;
            return oldValue;
        }
        // 如果沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)
        Node<V> parent = null;
        //一直往父節(jié)點(diǎn)尋找巧颈,直到父節(jié)點(diǎn)有其他子節(jié)點(diǎn)或者父節(jié)點(diǎn)是紅色畦木,停止刪除字符
        while ((parent = node.parent) != null) {
            parent.children.remove(node.character);
            if (parent.word || !node.parent.children.isEmpty()) break;
            node = parent;
        }
        return oldValue;
    }

    public boolean startsWith(String prefix) {
        return node(prefix) != null;
    }
    
    private Node<V> node(String key){
        keyCheck(key);
        Node<V> node = root;
        int len = key.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            if (node == null || node.children == null || node.children.isEmpty()) return null;
            char c = key.charAt(i);
            //子節(jié)點(diǎn) = 父節(jié)點(diǎn)的hashMap.get(c)
            node = node.children.get(c);
        }
        return node;
    }
    
    private void keyCheck(String key) {
        if (key == null || key.length() == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("key must not be empty");
        }
    }
    
    private static class Node<V>{
        //刪除的的時(shí)候使用
        Node<V> parent;
        //存儲(chǔ)字符和字符對(duì)應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)
        HashMap<Character, Node<V>> children;
        //value只存儲(chǔ)在紅色節(jié)點(diǎn)中
        V value;
        //刪除使用,根據(jù)節(jié)點(diǎn)的字符砸泛,在父節(jié)點(diǎn)的hashMap中刪除子節(jié)點(diǎn)
        //只有要?jiǎng)h除的單詞的對(duì)應(yīng)的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)是葉子節(jié)點(diǎn)的時(shí)候十籍,而且是紅色(紅色代表是單詞)
        //根節(jié)點(diǎn)沒(méi)有character,只有子節(jié)點(diǎn)有
        Character character;
        boolean word;//是否為單詞的結(jié)尾(是否為一個(gè)完整的單詞)
        public Node(Node<V> parent) {
            this.parent = parent;
        }
    }
}

驗(yàn)證

package com.njf;

public class Main {

    static void test1() {
        Trie<Integer> trie = new Trie<>();
        trie.add("cat", 1);
        trie.add("dog", 2);
        trie.add("catalog", 3);
        trie.add("cast", 4);
        trie.add("呵呵", 5);
        Asserts.test(trie.size() == 5);
        Asserts.test(trie.startsWith("do"));
        Asserts.test(trie.startsWith("c"));
        Asserts.test(trie.startsWith("ca"));
        Asserts.test(trie.startsWith("cat"));
        Asserts.test(trie.startsWith("cata"));
        Asserts.test(!trie.startsWith("hehe"));
        Asserts.test(trie.get("呵呵") == 5);
        Asserts.test(trie.contains("cat"));
        Asserts.test(trie.remove("cat") == 1);
        Asserts.test(trie.remove("catalog") == 3);
        Asserts.test(trie.remove("cast") == 4);
        Asserts.test(trie.size() == 2);
        Asserts.test(trie.startsWith("小"));
        Asserts.test(trie.startsWith("do"));
        Asserts.test(!trie.startsWith("c"));
    }

    public static void main(String[] args) {
        test1();
    }
}

總結(jié)

? Trie 的優(yōu)點(diǎn):搜索前綴的效率主要跟前綴的長(zhǎng)度有關(guān)
? Trie 的缺點(diǎn):需要耗費(fèi)大量的內(nèi)存唇礁,因此還有待改進(jìn)
? 更多Trie 相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法
Double-array Trie勾栗、Suffix Tree、Patricia Tree盏筐、Crit-bit Tree围俘、AC自動(dòng)機(jī)

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
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