Trie树的常见应用大总结（面试+附代码实现）

（一）Trie的简介
Trie树，又称字典树，单词查找树或者前缀树，是一种用于快速检索的多叉树结构，如英文字母的字典树是一个26叉树，数字的字典树是一个10叉树。他的核心思想是空间换时间，空间消耗大但是插入和查询有着很优秀的时间复杂度。
（二）Trie的定义

Trie树的键不是直接保存在节点中，而是由节点在树中的位置决定。一个节点的所有子孙都有相同的前缀（prefix）,从根节点到当前结点的路径上的所有字母组成当前位置的字符串，结点可以保存当前字符串、出现次数、指针数组(指向子树)以及是否是结尾标志等等。

typedef struct Trie_Node
{
   	char count[15];      //单词前缀出现的次数 
   	struct Trie_Node* next[MAXN];    //指向各个子树的指针 
	bool exist;    //标记结点处是否构成单词 
}Trie;

Trie树可以利用字符串的公共前缀来节约存储空间，如下图所示：

它有3个基本性质：
(1) 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。
(2) 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。
(3) 每个节点的所有子节点包含的字符都不相同。
（三）Trie树的基本操作
（1）插入操作
按下标索引逐个插入字母，若当前字母存在则继续下一个，否则new出当前字母的结点，所以插入的时间复杂度只和字符串的长度n有关，为O(n)。

void Insert(Trie *root, char* s,char *add)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		if(p->next[*s-'a']==NULL)
		{
			p->next[*s-'a']=createNode();
		}
		p=p->next[*s-'a'];
       // p->count=add;
        ++s; 
	}
	p->exist=true; 
    strcpy(p->count,add);
}

（2）查询操作
和插入操作相仿，若查询途中某一个结点并不存在，则直接就return返回。否则继续下去，当字符串结束时，trie树上也有结束标志，那么证明此字符串存在，return true；

int Search(Trie* root,const char* s)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		p=p->next[*s-'a'];
		if(p==NULL)
		return 0;
		++s;
	}
	return p->count;
}

（3）删除操作

一般来说，对Trie单个结点的删除操作不常见，所以我在这里也只提供递归删除整个树的操作

void del(Trie *root)
{
	for(int i=0;i<MAXN;i++)
	{
		if(root->next[i]!=NULL)
		{
		   del(root->next[i]);	
		}
	}
//	free(root);   
   delete root;
}

（4）遍历操作

如果我们想要将trie中的字符串排序输出，直接先序遍历即可。

void Print(Trie *root)
{
	Trie *p=root;
	if(p->exist)
	cout<<p->name<<": "<<p->count<<endl;
	for(int i=0;i<26;i++)
	{
		if(p->next[i]!=NULL){
			Print(p->next[i]);
		}
	} 
} 

（四）Trie树的具体应用
（1）统计前缀出现的次数
这是Trie最基本的应用，每个结点的字母使用count记录出现的次数即可。
这里提供一道题目，hdu 1251供大家练习。

//hdu 1251   统计前缀出现次数 
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;
const int MAXN=26;
typedef struct Trie_Node
{
   	int count;      //单词前缀出现的次数 
   	struct Trie_Node* next[MAXN];    //指向各个子树的指针 
	bool exist;    //标记结点处是否构成单词 
}Trie;
Trie* createNode()
{
	//Trie* p =(Trie*)malloc(sizeof(Trie));
	Trie *p=new Trie;
	p->count=0;
	p->exist=false;
	memset(p->next,0,sizeof(p->next));
	return p;
}
void Insert(Trie *root, const char* s)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		if(p->next[*s-'a']==NULL)
		{
			p->next[*s-'a']=createNode();
		}
		p=p->next[*s-'a'];
        p->count+=1;
        ++s; 
	}
	p->exist=true; 
}

int Search(Trie* root,const char* s)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		p=p->next[*s-'a'];
		if(p==NULL)
		return 0;
		++s;
	}
	return p->count;
}

void del(Trie *root)
{
	for(int i=0;i<MAXN;i++)
	{
		if(root->next[i]!=NULL)
		{
		   del(root->next[i]);	
		}
	}
//	free(root);   
   delete root;
}
int main()
{
	char s[15];
	bool flag=false;
	Trie* root=createNode();
	while(gets(s))
	{
		if(flag)
		{
		   int ans=Search(root,s);
		   printf("%d\n",ans);	
		}	
		else
		{
			if(strlen(s)!=0)
			Insert(root,s);
		}
		if(strlen(s)==0)
		flag=true;	
	}
	del(root);
	return 0;
}

（2）翻译（密码，明文）
给定一组字符串s，k我们输入k则需要翻译成s，也就是说两者是映射关系。接下来我们给出一段话，让你翻译出正常的文章。用map固然简便，但是Trie的效率更加高。只需要在k的结尾结点出记录下s即可。
这里也提供一道题目，hdu 1075。(被注释的是我原来的程序，wa了，有大神看出来麻烦告诉我一下，谢谢)。

/*
//hdu 1075映射 
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
const int MAXN=26;
typedef struct Trie_Node
{
   	char count[15];      //单词前缀出现的次数 
   	struct Trie_Node* next[MAXN];    //指向各个子树的指针 
	bool exist;    //标记结点处是否构成单词 
}Trie;
Trie* createNode()
{
	Trie* p =(Trie*)malloc(sizeof(Trie));
	p->exist=false;
	memset(p->next,0,sizeof(p->next));
	return p;
}
void Insert(Trie *root, char* s,char *add)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		if(p->next[*s-'a']==NULL)
		{
			p->next[*s-'a']=createNode();
		}
		p=p->next[*s-'a'];
       // p->count=add;
        ++s; 
	}
	p->exist=true; 
    strcpy(p->count,add);
}



void Search(Trie* root, const char* s)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		if(p->next[*s-'a']==NULL)
		{  
		    printf("%s",s);
		    return ;
		}
	
		p=p->next[*s-'a'];
	    ++s;
	}
	if(p->exist)
    printf("%s",p->count);
    else
    printf("%s",s);
}

void del(Trie *root)
{
	for(int i=0;i<MAXN;i++)
	{
		if(root->next[i]!=NULL)
		{
		   del(root->next[i]);	
		}
	}
	free(root);   
}
int main()
{
	char text[3013],from[15],to[15];
	Trie* root=createNode();
	scanf("%s",from);
    while(scanf("%s",from),strcmp(from,"END"))
    {
    	scanf("%s",to);
    	Insert(root,to,from);
    }
    scanf("%s",from);
    getchar();
    while(gets(text),strcmp(text,"END"))
    {
    	int len=strlen(text);
    	for(int i=0;i<len;i++)
    	{
	    	if(islower(text[i]))
	    	{
	    		int j=0;
	    		char temp[15];
	    		memset(temp,'\0',sizeof(temp));
	    		while(islower(text[i]))
	    		temp[j++]=text[i++];
	    		Search(root,temp);
	    	 
	    	}
	    	if(!islower(text[i]))
	    	printf("%c",text[i]);
	    }
	    printf("\n");
    }
	return 0;
}
*/

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<string>

using namespace std;

struct node{
    char dic[15];
    node * next[26];
    bool flag;
}*root;

node *build()
{
    node *p=(node *)malloc(sizeof(node));
    for(int i=0;i<26;i++)
        p->next[i]=NULL;
    p->flag=false;
    return p;
}

void insert(char *earth,char *mars)
{
    int len=strlen(mars);
    node *p;
    p=root;
    for(int i=0;i<len;i++)
    {
        if(p->next[mars[i]-'a']==NULL)
            p->next[mars[i]-'a']=build();
        p=p->next[mars[i]-'a'];
    }
    p->flag=true;
    strcpy(p->dic,earth);
}

void query(char *earth)
{
    int len=strlen(earth);
    node *p;
    p=root;
    for(int i=0;i<len;i++)
    {
        if(p->next[earth[i]-'a']==NULL)
        {
            printf("%s",earth);
            return;
        }
        p=p->next[earth[i]-'a'];
    }
    if(p->flag)
        printf("%s",p->dic);
    else
        printf("%s", earth);
}


int main()
{
    char earth[15],mars[15],ask[3010];


    scanf("%s",earth);
    root=build();
    while(scanf("%s",earth),strcmp(earth,"END"))
    {
        scanf("%s",mars);
        insert(earth,mars);
    }


    scanf("%s",earth);
    getchar();
    while(gets(ask),strcmp(ask,"END"))
    {
        int len=strlen(ask);
        for(int i=0;i<len;i++)
        {
            if(islower(ask[i]))
            {
                int j=0;
                memset(earth,'\0',sizeof(earth));
                while(islower(ask[i]))
                    earth[j++]=ask[i++];
                query(earth);
            }
            if(!islower(ask[i]))
                printf("%c",ask[i]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

（3）实现搜索引擎的热门搜索排名
我的初步想法是和(1)类似，对（1）中的trie进行先序遍历，将字符串和出现次数存进一个结构体，最后对这个数组进行快速排序，时间复杂度为O(nlogn),看网上说可以利用分治+trie
+最小堆，我还没有仔细搞清楚，以后研究完在添加。
（4）输入自动补全
其实原理都差不多，把字符串结尾处的结点当作root，进行先序遍历，即可得出所有以输入的字符串为前缀的答案。

/ 自动补全 
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;
const int MAXN=26;
typedef struct Trie_Node
{
   	int count;      //单词出现的次数 
   	struct Trie_Node* next[MAXN];    //指向各个子树的指针 
	bool exist;    //标记结点处是否构成单词 
	char name[15];
}Trie;
Trie* createNode()
{
	Trie* p =(Trie*)malloc(sizeof(Trie));
	p->count=0;
	p->exist=false;
	memset(p->next,0,sizeof(p->next));
	return p;
}
void Insert(Trie *root,char* word)
{
	Trie *p=root;
	char *s=word;
	while(*s!='\0')
	{
		if(p->next[*s-'a']==NULL)
		{
			p->next[*s-'a']=createNode();
		}
		p=p->next[*s-'a'];
        ++s; 
	}
	 p->exist=true; 
	  p->count+=1;
   strcpy(p->name,word);
}

Trie* Search(Trie* root, char* s)
{
	Trie *p=root;
	while(*s!='\0')
	{
		p=p->next[*s-'a'];
		if(p==NULL)
		return 0;
		++s;
	}
	return p;
}

void del(Trie *root)
{
	for(int i=0;i<MAXN;i++)
	{
		if(root->next[i]!=NULL)
		{
		   del(root->next[i]);	
		}
	}
	free(root);   

}
void Print(Trie *root)
{
	Trie *p=root;
	if(p->exist)
	cout<<p->name<<": "<<p->count<<endl;
	for(int i=0;i<26;i++)
	{
		if(p->next[i]!=NULL){
			Print(p->next[i]);
		}
	} 
} 
int main()
{
	char s[15];
	Trie* root=createNode();
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		cin>>s;
		Insert(root,s);
	}
	while(cin>>s)
	{
		Trie *ans=Search(root,s);
        if(ans)
		Print(ans);
	}
	del(root);
	return 0;
}