树(数据结构)

本篇文章重点是介绍怎么用Swift语言来写树这种数据结构，并没有对树做过多的讲解。

通过一张图片来理解什么是树这种数据结构

Tree.png

上图展示了一个有5层的树。root根节点是第0层，每往下移动一个深度，层级加1。

用Swift来写树

编码是在Swift playground中完成的。
树这种数据结构是有节点组成的，所以先创建节点

class Node {
  
}

值

当然，一个节点得有值。简单来说，值value先定义为String类型，它不是可选类型，必须在init中初始化。完善Node如下

class Node {
  var value: String
  
  init(value: String) {
    self.value = value
  }
}

孩子节点

每一个节点都应该有一个可以添加节点的子节点的集合。完善Node如下

class Node {
  var value: String
  var children: [Node] = [] 
  
  init(value: String) {
    self.value = value
  }
}

父节点

每个节点应该有一个指针指向它的父节点。子节点在下边，父节点在上边，每个节点最多有一个父节点，而父节点可以有多个子节点。完善Node如下

class Node {
  var value: String
  var children: [Node] = []
  weak var parent: Node? 

  init(value: String) {
    self.value = value
  }
}

插入

不是所有的节点都有父节点，比如根节点，所有父节点属性是可选类型。用weak类型来避免循环引用。
插入父节点，完善Node如下

class Node {
  var value: String
  var children: [Node] = []
  weak var parent: Node?

  init(value: String) {
    self.value = value
  }

  func add(child: Node) {
    children.append(child)
    child.parent = self
  }
}

为了编译程序，需要添加一个继承CustomStringConvertible协议的一个扩展，完善Node如下

/ 1
extension Node: CustomStringConvertible {
  // 2
  var description: String {
    // 3
    var text = "\(value)"
    
   // 4
    if !children.isEmpty {
      text += " {" + children.map { $0.description }.joined(separator: ", ") + "} "
    }
    return text
  }
}

添加节点数据：

let beverages = Node(value: "beverages")

let hotBeverage = Node(value: "hot")
let coldBeverage = Node(value: "cold")

let tea = Node(value: "tea")
let coffee = Node(value: "coffee")
let cocoa = Node(value: "cocoa")

let blackTea = Node(value: "black")
let greenTea = Node(value: "green")
let chaiTea = Node(value: "chai")

let soda = Node(value: "soda")
let milk = Node(value: "milk")

let gingerAle = Node(value: "ginger ale")
let bitterLemon = Node(value: "bitter lemon")

beverages.add(child: hotBeverage)
beverages.add(child: coldBeverage)

hotBeverage.add(child: tea)
hotBeverage.add(child: coffee)
hotBeverage.add(child: cocoa)

coldBeverage.add(child: soda)
coldBeverage.add(child: milk)

tea.add(child: blackTea)
tea.add(child: greenTea)
tea.add(child: chaiTea)

soda.add(child: gingerAle)
soda.add(child: bitterLemon)
print(beverages)

打印树

打印结果如下：

beverages {hot {tea {black, green, chai} , coffee, cocoa} , cold {soda {ginger ale, bitter lemon} , milk} } 

查找

添加查找方法,查找到，就返回该节点，否则返回nil

extension Node {
  // 1
  func search(value: String) -> Node? {
    // 2
    if value == self.value {
      return self
    }
    // 3
    for child in children {
      if let found = child.search(value: value) {
        return found
      }
    }
    // 4
    return nil
  }
}

怎么换成其他类型的值呢？

节点值如果换成其他属性呢，比如是Int类型，可能就会是下边的修改了。

class Node {
  var value: Int
  
  // ...
}

通用

那要是换成Int, Double, Float类型或者自定义类型呢？接下来就要探究通用的方式了。

// 1. 
class Node {
  // 2. 
  var value: T
  weak var parent: Node?
  // 3.
  var children: [Node] = []
  
  // 4.
  init(value: T) {
    self.value = value
  }
  
  // 5. 
  func add(child: Node) {
    children.append(child)
    child.parent = self
  }
}

扩展的查找方法也要换成通用的啦

// 1. 
extension Node where T: Equatable {
  // 2. 
  func search(value: T) -> Node? {
    if value == self.value {
      return self
    }
    for child in children {
      if let found = child.search(value: value) {
        return found
      }
    }
    return nil
  }
}

参考：Swift Algorithm Club: Swift Tree Data Structure