[java8]如何用函数式思想来解决树搜索

搜索树是一个常见的操作，可分成深度搜索和广度搜索。今天，本文将利用函数式开发思想，不使用递归而仅用java8的stream类实现深度搜索和广度搜索。（笔者建议，阅读本文前，需对java8中stream操作有基础性的了解。）

java8函数式开发

开始之前，先创建一个树节点。

public class Node {
    private Node left;
    private Node right;
    private String label;

    public Node(String label, Node left, Node right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
        this.label = label;
    }

    public List getChildren() {
        return Stream.of(left, right)
                .filter(Objects::nonNull)
                .collect(Collectors.toList());
    }

}

这是树节点的类。每个节点可以有0，1，2个孩子。如果孩子不存在，则为null。

getChildren() 是用来返回节点的孩子集合。大致的实现原理是，先用左孩子和右孩子创建List，并stream这个List，然后用filter过滤掉null，然后收集（collect）剩下的数据到一个新的list并返回。

深度搜索

我们需要一个方法，返回一个含有所有node的List，顺序是深度搜索的顺序：

public class Node {
    //...
    public List searchByDepth() {
        List visitedNodes = new LinkedList<>();
        List unvisitedNodes = Arrays.asList(this);

        while(!unvisitedNodes.isEmpty()) {
            Node currNode = unvisitedNodes.remove(0);

            List newNodes = currNode.getChildren()
                    .stream()
                    .filter(node -> !visitedNodes.contains(node))
                    .collect(Collectors.toList());

            unvisitedNodes.addAll(0, newNodes);
            visitedNodes.add(currNode);
        }

        return visitedNodes;
    }

}

我们有2个list，分别存放已访问节点的list（visitedNodes）和待访问节点的list（unvisitedNodes）。开始搜索前，先添加根节点到unvisitedNodes。

开始循环访问unvisitedNodes中的节点。我们先取第一节点，作为当前节点，然后把他的孩子节点进行stream，过滤掉已访问过的，并收集回List。把这个List加到unvisitedNodes的开头。这样做，就是为了深度搜索。最后将当前节点加到visitedNodes中。

反复循环，直到unvisitedNodes中没有节点，即表示搜索完成，返回visitedNodes作为结果。

广度搜索

另写一个方法，返回一个含有所有node的List，顺序是广度搜索的顺序：

public class Node {
   //...
    public List searchByBreadth() {
        List visitedNodes = new LinkedList<>();
        List unvisitedNodes = Arrays.asList(this);

        while(!unvisitedNodes.isEmpty()) {
            List newNodes = unvisitedNodes
                    .stream()
                    .map(Node::getChildren)
                    .flatMap(List::stream)
                    .filter(node -> !visitedNodes.contains(node))
                    .collect(Collectors.toList());

            visitedNodes.addAll(unvisitedNodes);
            unvisitedNodes = newNodes;
        }

        return visitedNodes;
    }

}

广度搜索的开始和深度搜索一样，准备了2个List。广度搜索是按树的层次来搜索新节点。所以的做法是找到当前层次所对应的下一个层次的所有节点，并把这些节点全部加到unvisitedNodes中。

我们使用map来得到下一层次的节点：

.map(Node::getChildren)

但是这里得到是类型是List的stream，故需使用flatMap，将其变成类型是Node的stream。在过滤掉已经访问的节点之后，收集到的节点List作为unvistedNodes。而原来的unvistedNodes中的节点全部放置到visitedNodes中。

同样，当unvisitedNodes中没有节点，即表示搜索完成，返回visitedNodes作为结果。

总结

使用了函数式思想的stream类之后，不论是代码的可读性还是简洁性上，都比不使用stream类好太多。

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