字典树(Trie树)的Java实现

先上张图,从百度百科盗过来的。


字典树(Trie树)的Java实现_第1张图片
字典树

又称单词查找树,是一种[树形结构],是一种哈希树的变种。典型应用是用于统计,排序和保存大量的字符串(但不仅限于字符串),所以经常被搜索引擎系统用于文本词频统计。它的优点是:利用字符串的公共前缀来减少查询时间,最大限度地减少无谓的字符串比较,查询效率比哈希树高。
根节点不包含字符,除根节点外每一个节点都只包含一个字符; 从根节点到某一节点,路径上经过的字符连接起来,为该节点对应的字符串; 每个节点的所有子节点包含的字符都不相同。
图中红点表示有单词结尾,比如两个单词app跟apple,其实apple是涵盖了app的,所以必须得有一个End来表示单词是否结尾,一个end来表示一个单词。
这里我们用Java来模拟一个Trie树

class TrieNode {
        TrieNode preNode = null;
        boolean isEnd = false;
        int deep = 0;//做hash使用,防止一个单词里面有多个char的时候hash是一样的,可能导致删除出错
        char content = 0;
        LinkedList child = new LinkedList<>();
}

其实就几个必要的东西:
1. isEnd:是否是红点,也就是是否是word的结尾
2. content:当前节点到parent节点存储的字母
3. LinkedList child:子节点,当前节点后续节点

其实字典树最常见的两个操作是 查询添加 操作,其实就是很简单的逻辑了,代码贴在下面。

稍微复杂些的是删除的操作,比如我有这么一个树,树中有这么两个单词appleapp

字典树(Trie树)的Java实现_第2张图片
字典树

如果我需要删除 app这个单词,我只需要把 红点 p这个节点由红色变为白色就好了,就可以了。
但如果我需要删掉 apple,那我要做的不止要把 e变为白色,还需要找到父节点 l,把 l也删掉。
当然如果我要删掉apk这个树中不存在的单词,显然也是失败的。

所以移除word,三种情况:

  1. word在list中不存在,直接返回失败
  2. word最后一个char 没有child,则删掉此节点并朝 root 查找没有child && isEnd=false 的节点都删掉
  3. word最后一个char 有child,则把isEnd置为false

而为了能找到父节点,我在Node中加了个parentNode属性,可能还有更好的解决办法。

还有个稍微复杂些的是遍历操作,树的遍历需要用到递归,说到递归,就得想到回溯法,可以看一下我写的回溯法的一个文章。

package structure;
import util.LogUtil;
import java.util.LinkedList;
/**
 * Created by yocn on 2019/6/13.
 * 字典树实现
 */
public class TrieTree {
    private TrieNode root = new TrieNode();

    class TrieNode {
        TrieNode preNode = null;
        boolean isEnd = false;
        int deep = 0;//做hash使用,防止一个单词里面有多个char的时候hash是一样的,可能导致删除出错
        char content = 0;
        LinkedList child = new LinkedList<>();

        TrieNode() {
        }

        TrieNode(char content) {
            this.content = content;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "\n" + "{" +
                    "End=" + isEnd +
                    ", d=" + deep +
                    ", c=" + content +
                    ", c=" + child +
                    '}';
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            return content + deep;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object obj) {
            return obj instanceof TrieNode && (((TrieNode) obj).content == content);
        }

        void setPreNode(TrieNode node) {
            preNode = node;
        }

        TrieNode getPreNode() {
            return preNode;
        }

        /**
         * child中删掉某个Node
         *
         * @param node 需要删掉的node
         */
        void removeChild(TrieNode node) {
            for (TrieNode aChild : child) {
                if (aChild.content == node.content) {
                    child.remove(aChild);
                    break;
                }
            }
        }

        /**
         * child中是否有此Node
         *
         * @param character 保存的char
         * @return 存在返回不存在返回Null
         */
        TrieNode getNode(Character character) {
            for (TrieNode aChild : child) {
                if (aChild.content == character) {
                    return aChild;
                }
            }
            return null;
        }
    }

    /**
     * 添加一个word
     * apple
     *
     * @param word 需要添加的词
     */
    public void addWord(String word) {
        int deep = 0;
        TrieNode currNode = root;
        while (deep < word.length()) {
            /*
             * 判断当前node的child,如果为空直接添加,不为空,查找是否含有,不含有则添加并设为currNode,含有则找到并设置为currNode
             */
            char c = word.charAt(deep);
            if (currNode.child.contains(new TrieNode(c))) {
                currNode = currNode.getNode(c);
            } else {
                TrieNode node = new TrieNode(c);
                node.setPreNode(currNode);
                node.deep = deep + 1;
                currNode.child.add(node);
                currNode = node;
            }
            if (deep == word.length() - 1) {
                currNode.isEnd = true;
            }
            deep++;
        }
    }

    /**
     * word在map中是否存在
     *
     * @param word 需要查找的word
     * @return 是否存在
     */
    public boolean hasWord(String word) {
        int deep = 0;
        TrieNode currNode = root;
        while (deep < word.length()) {
            char c = word.charAt(deep);
            if (currNode.child.contains(new TrieNode(c))) {
                currNode = currNode.getNode(c);
            } else {
                return false;
            }
            if (deep == word.length() - 1) {
                return currNode.isEnd;
            }
            deep++;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 移除word,几种情况:
     * 1、word在list中不存在,直接返回失败
     * 2、word最后一个char 没有child,则删掉此节点并朝 root 查找没有child && isEnd=false 的节点都删掉
     * 3、word最后一个char 有child,则把isEnd置为false
     *
     * @param word 需要移除的word
     * @return 是否移除成功
     */
    public boolean removeWord(String word) {
        if (word == null || word.trim().equals("")) {
            return false;
        }
        if (hasWord(word)) {
            return false;
        }
        int deep = 0;
        TrieNode currNode = root;
        while (deep < word.length()) {
            char c = word.charAt(deep);
            if (currNode.child.contains(new TrieNode(c))) {
                currNode = currNode.getNode(c);
            } else {
                return false;
            }
            if (deep == word.length() - 1) {
                if (currNode.child.size() > 0) {
                    //3、word最后一个char 有child,则把isEnd置为false
                    currNode.isEnd = false;
                    return true;
                } else {
                    //2、word最后一个char 没有child,则删掉此节点并朝 root 查找没有child && isEnd=false 的节点都删掉
                    TrieNode parent = currNode.getPreNode();
                    while (parent != null) {
                        if (parent.child.size() == 0 && !parent.isEnd) {
                            parent.removeChild(currNode);
                            currNode = parent;
                        } else {
                            return true;
                        }
                    }
                }
            }
            deep++;
        }

        return false;
    }

    /**
     * 前序遍历所有节点
     */
    public void traverseTree() {
        visitNode(root, "");
    }

    private void visitNode(TrieNode node, String result) {
        LogUtil.Companion.d("node.content->" + node.content);
        String re = result + node.content;
        for (TrieNode n : node.child) {
            visitNode(n, re);
            LogUtil.Companion.d("result->" + re);
        }
    }
}

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