前缀树

概念:

简述:又名单词查找树,tries树,一种多路树形结构,常用来操作字符串(但不限于字符串),和hash效率有一拼(二者效率高低是相对的,后面比较)。
性质:不同字符串的相同前缀只保存一份。
操作:查找,插入,删除等。

举个例子:
假设有这么几个单词

abcd
abc
abd
bcq
edj

前缀树画出如下


前缀树.png

如上图可以看出,abcd等字符是在边上的,a的那条边和指向的节点我们可以看成一个整体,存储的信息是在节点上

定义的数据结构:


    //节点
    public static class TrieNode{
        //以此节点结尾
        int end;
        //走过的路径的次数,可以理解为一个节点和指向 它的路径的值
        int path;
        //节点
        private TrieNode[] arr;

        public TrieNode(){
            end = 0;
            path = 0;
            arr= new TrieNode[26];
        }
    }

操作:

插入:

先创建一个根节点,根节点代表起点,起点可以有26条不同的路,代表26个字母,你可以想想一个根节点走出26个字符的路径。然后用 index = chs[i] - 'a' 来计算属于哪条路,在这里解释一下,-'a' 减去的是'a'的阿斯克码,比如传进来的是b 就相当于用b的阿斯克码减去a的阿斯克码,求出的就是由当前结点出去的那条路径,其中end代表以当前结点结尾,path代表经过当前结点的个数,如上所说,当前结点和指向它的路径可以看成一个整体,比如一个节点,指向它的由a,b,c,它的path就是3,知道了变量的意思,插入就简单了,就判断现在要加入的节点之前有没有,没有就加入,加完之后,把尾节点的end++即可

代码:

public static class Trie {
        private TrieNode root;

        public Trie() {
            root = new TrieNode();
        }

        public void insert(String word) {
            if (word == null) {
                return;
            }
            char[] chs = word.toCharArray();
            TrieNode node = root;
            int index = 0;
            for (int i = 0; i < chs.length; i++) {
                index = chs[i] - 'a';
                if (node.arr[index] == null) {
                    node.arr[index] = new TrieNode();
                }
                node = node.arr[index];
                node.path++;
            }
            node.end++;
        }
}

查询:

查询的整体操作和插入类似,查询就随着字符串向下查询,如果查的当前节点没有,就返回false,直到查完,看尾节点的end是否大于零,大于零说明有该字符,如果为0就说明没有,比如有字符串abcd,你要查有没有abc,虽然一直能查到c,但是c的end不是1,所以没有

代码:


    public static class Trie {
        private TrieNode root;

        public Trie() {
            root = new TrieNode();
        }
              
        public boolean search(String word) {
            if (word == null) {
                return false;
            }
            char[] chs = word.toCharArray();
            TrieNode node = root;
            int index = 0;
            for (int i = 0; i < chs.length; i++) {
                index = chs[i] - 'a';
                if (node.arr[index] == null) {
                    return false;
                }
                node = node.arr[index];
            }
            return node.end != 0;
        }
}

删除:

删除就判断当前节点的--path是否为0,为0就说明要删除的就是这个路径,而且只有要删除的那一个字符串在这条大路径上,删除就行,另一种情况,abcd,abc,要删除abc,就相当于大路径还在,只不过把每个节点的--path,然后c的end--就行了

代码:

public static class Trie {
        private TrieNode root;

        public Trie() {
            root = new TrieNode();
        }

                public void delete(String word) {
            if (search(word)) {
                char[] chs = word.toCharArray();
                TrieNode node = root;
                int index = 0;
                for (int i = 0; i < chs.length; i++) {
                    index = chs[i] - 'a';
                    if (node.arr[index].path-- == 1) {
                        node.arr[index] = null;
                        return;
                    }
                    node = node.arr[index];
                }
                node.end--;
            }
        }

查找是否包含此前缀:

如果当前结点的下一个节点不为空,就一直找下去,为空就返回0,查到最后就,返回当前结点的path值,代表有几个字符串有此前缀

代码:

public static class Trie {
        private TrieNode root;

        public Trie() {
            root = new TrieNode();
        }

        public int prefixNumber(String pre) {
            if (pre == null) {
                return 0;
            }
            char[] chs = pre.toCharArray();
            TrieNode node = root;
            int index = 0;
            for (int i = 0; i < chs.length; i++) {
                index = chs[i] - 'a';
                if (node.arr[index] == null) {
                    return 0;
                }
                node = node.[index];
            }
            return node.path;
        }
    }
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