【恋上数据结构与算法一】(十七)Trie

需求

■如何判断一堆不重复的字符串是否以某个前缀开头?
用Set\Map存储字符串
遍历所有字符串进行判断
时间复杂度:O(n)

■有没有更优的数据结构实现前缀搜索?

Trie

◼Trie 也叫做字典树、前缀树(Prefix Tree)、单词查找树
◼Trie 搜索字符串的效率主要跟字符串的长度有关
◼假设使用 Trie 存储 cat、dog、doggy、does、cast、add 六个单词

接口设计

接口一:

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

接口二:

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

实现

Trie类

package alangeit;

import java.util.HashMap;

public class Trie<V> {
    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;
    }

    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) {
        keyCheck(key);
        
        // 创建根节点
        if (root == null) {
            root = new Node<>(null);
        }

        Node<V> node = root;
        int len = key.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            char c = key.charAt(i); 
            boolean emptyChildren = node.children == null;
            Node<V> childNode = emptyChildren ? null : node.children.get(c);
            if (childNode == null) {
                childNode = new Node<>(node);
                childNode.character = c;
                node.children = emptyChildren ? new HashMap<>() : node.children;
                node.children.put(c, childNode);
            }
            node = childNode;
        }
        
        if (node.word) { // 已经存在这个单词
            V oldValue = node.value;
            node.value = value;
            return oldValue;
        }
        
        // 新增一个单词
        node.word = true;
        node.value = value;
        size++;
        return null;
    }

    public V remove(String key) {
        // 找到最后一个节点
        Node<V> node = node(key);
        // 如果不是单词结尾,不用作任何处理
        if (node == null || !node.word) return null;
        size--;
        V oldValue = node.value;
        
        // 如果还有子节点
        if (node.children != null && !node.children.isEmpty()) {
            node.word = false;
            node.value = null;
            return oldValue;
        }
        
        // 如果没有子节点
        Node<V> parent = null;
        while ((parent = node.parent) != null) {
            parent.children.remove(node.character);
            if (parent.word || !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); 
            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> {
        Node<V> parent;
        HashMap<Character, Node<V>> children;
        Character character;
        V value;
        boolean word; // 是否为单词的结尾(是否为一个完整的单词)
        public Node(Node<V> parent) {
            this.parent = parent;
        }
    }
}

Asserts类

package alangeit;

public class Asserts {
    public static void test(boolean value) {
        try {
            if (!value) throw new Exception("测试未通过");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

测试

static void test() {
    Trie<Integer> trie = new Trie<>();
    trie.add("cat", 1);
    trie.add("dog", 2);
    trie.add("catalog", 3);
    trie.add("cast", 4);
    trie.add("小码哥", 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("小码哥") == 5);
    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"));
}

总结

◼Trie 的优点:搜索前缀的效率主要跟前缀的长度有关

◼Trie 的缺点:需要耗费大量的内存,因此还有待改进

◼更多Trie 相关的数据结构和算法
Double-array Trie、Suffix Tree、Patricia Tree、Crit-bit Tree、AC自动机

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 216,544评论 6 501
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,430评论 3 392
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 162,764评论 0 353
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,193评论 1 292
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,216评论 6 388
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,182评论 1 299
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,063评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,917评论 0 274
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,329评论 1 310
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,543评论 2 332
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,722评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,425评论 5 343
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,019评论 3 326
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,671评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,825评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,729评论 2 368
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,614评论 2 353

推荐阅读更多精彩内容