256路Trie树的Java实现

    最近看到一个题目,更收缩相关的,发现有人用的Trie来解决的,突然发现数据结构这门课堂上都没有听说过Trie树,很是惭愧,于是专门找了几本算法榆树拘结构的书来看了下,很庆幸在《Java算法》中找到了对它的描述。
    256路Trie是每个结点均有一个大小为256的数组,每个数组存储一个结点。这里256是一个byte的大小。实际上也就是将字符转换为字节形式(无符号非负整数),然后从高字节向低字节逐个检测,按照字节所表示的数字放到对应数组的位置上,在这个位置建立一个结点node,再取出下一个字节,对应放入node的数组位置上,直到字符串的字节形式被完全遍历,那么就得到了这个字符串所在的结点。
    如果是建立Trie树,就应该在得到的这个结点上储存字符串关键字;如果是查询,再比较这个结点上储存的关键是是否与要检索的关键字相同,如果相同就表明检索成功。
    对于书本上的Java代码,我没有太过细心的看,不过原理基本是理解了。于是在百无聊赖的时候自己实现了一个这样的Trie树。这个Trie结构提取出英文文本中的关键字,将该关键字出现的行数以及该行内的位置保存起来。如果检索成功的话,就打印出关键字所在的行号和位置。不过由于使用的正则表达式,但是这个东西我又是刚结识,不很明了,于是中文字符没有辨认出来,所以只能处理英文的。以下提供源码,仅供参考。

    TrieNode.java是Trie结构的结点类,储存的数据主要是关键字(String)、TrieNode数组、关键字的行号和位置(positions->Map),实现很简单。不过代码中没有什么注释。
import  java.util. * ;

public   class  TrieNode 
{
    
// Attributes
    private final int CHILD = 256;
    
private String value;
    
private TrieNode [] child = new TrieNode[CHILD];
    
private Map<Integer, List<Integer>> positions;
    
// Constructor
    public TrieNode() {}
    
public TrieNode (String v)
    
{
        
this.value = v;
    }


    
// Method (set/get)
    public void setValue(String v)
    
{
        
this.value = v;
    }

    
public String getValue()
    
{
        
return this.value;
    }

    
public void addChild(int index, TrieNode tn)
    
{
        
this.child[index] = tn;
    }

    
public TrieNode getChildAt(int index)
    
{
        
if (index > CHILD - 1 || index<0)
        
{
            
return null;
        }

        
return this.child[index];
    }

    
public void addPosition(int lineno, int pos)
    
{
        Integer lineInt 
= new Integer(lineno);
        
if (this.positions == null)
        
{
            
this.positions = new TreeMap<Integer, List<Integer>>();
        }

        List
<Integer> posList = this.positions.get(lineInt);
        
if (posList == null)
        
{
            posList 
= new LinkedList<Integer>();
        }

        posList.add(
new Integer(pos));
        
this.positions.put(lineInt, posList);
    }

    
public List<Integer> getPosition(int lineno)
    
{
        
return this.positions.get(Integer.valueOf(lineno));
    }

    
public Map<Integer, List<Integer>> getPositions()
    
{
        
return this.positions;
    }

    
public void dump()
    
{
        
for (Map.Entry<Integer, List<Integer>> entry : this.positions.entrySet())
        
{
            System.out.print(entry.getKey().intValue() 
+ " - ");
            
for (Integer pos : entry.getValue())
            
{
                System.out.print(pos.intValue() 
+ ":");
            }

            System.out.println();
        }

    }

}


    接下来是Trie.java,首先是获得一个文件名参数来解析该文件,提取出关键字,建立Trie树,然后查询一个具体的关键字,这里给定了一个“String”作为关键字查询。建立trie树的时候也需要首先检索该关键字是否已经存在于Trie树中了。具体参看代码实现。代码中有几个dump方法,是显示用的,这里我注释掉全部显示的这个方法,只看看搜索“String”的结果。
import  java.util.regex. * ;
import  java.io. * ;

public   class  Trie 
{
    
private String fileName;
    
private TrieNode root;
    
public Trie(String fileName)
    
{
        
this.fileName = fileName;
        root 
= new TrieNode();
    }

    
public void parse()
    
{
        
try
        
{
            BufferedReader br 
= new BufferedReader(new FileReader(this.fileName));
            String line 
= null;
            
int lineno = 0;
            
            Pattern pattern 
= Pattern.compile("/w*", Pattern.UNICODE_CASE);
            Matcher m;
            
            
while ((line=br.readLine())!=null)
            
{
                lineno
++;
                m 
= pattern.matcher(line);
                
while (m.find())
                
{
                    
int startPos = m.start();
                    String subStr 
= m.group();
                    
if (subStr.length() == 0)
                    
{
                        
continue;
                    }

                    
this.insert(subStr, lineno, startPos);
                }

            }

        }

        
catch (Exception e)
        
{
            e.printStackTrace();
            
this.root = null;
        }

    }

    
/**
     * 
     
*/

    
private TrieNode search(byte [] strBytes, int index, TrieNode node)
    
{
        
if (index >= strBytes.length)
        
{
            
//System.out.println("查找次数:" + index);
            return node;
        }

        
int indexInNode = strBytes[index] & 0xFF;
        TrieNode trieNode 
= node.getChildAt(indexInNode);
        
if (trieNode == null)
        
{
            trieNode 
= new TrieNode();
            node.addChild(indexInNode, trieNode);
        }

        
return search(strBytes, ++index, trieNode);
    }

    
public TrieNode search(String search)
    
{
        
return search(search.getBytes(), 0this.root);
    }

    
// 应该首先查找,直到找到该字符串中没有走到但是还需要走的路
    private void insert(String str, int lineno, int pos)
    
{
        
byte [] strBytes = str.getBytes();

        TrieNode trieNode 
= search(strBytes, 0this.root);
        trieNode.setValue(str);
        trieNode.addPosition(lineno, pos);
    }

    
public void dump()
    
{
        
if (this.root != null)
        
{
            System.out.println(
"-----");
            String searchStr 
= "String";
            TrieNode trieNode 
= this.search(searchStr);
            
if (trieNode.getValue() != null && trieNode.getValue().equals(searchStr))
            
{
                trieNode.dump();
            }

        }

    }

    
// 深度优先
    private void dumpAll(TrieNode trieNode)
    
{
        String value 
= trieNode.getValue();
        
if (value != null)
        
{
            System.out.println(
"##" + value + "##");
            trieNode.dump();
        }

        TrieNode node;
        
for (int i=0 ;i<256 ;i++ )
        
{
            node 
= trieNode.getChildAt(i);
            
if (node != null)
            
{
                dumpAll(node);
            }

        }

    }

    
public void dumpAll()
    
{
        
this.dumpAll(this.root);

    }

    
public static void main(String[] args) 
    
{
        Trie trie 
= new Trie(args[0]);
        trie.parse();
        trie.dump();
        
//trie.dumpAll();
    }

}

  
     虽然整个代码有120行,但其中核心的解析与搜索不到50行,所以是比较简单的了。而我使用Java来实现是因为我对Java比较熟悉,而对C中的那些什么指针有点不甚了了。不过最近在看C#,这个东西跟Java比较接近,可能过段时间再用C#实现一个256路Trie树。
    我使用这个Java实现对Trie.java文件进行检索,得到的结果如下:
-----
6   -   9 :
8   -   13 :
18   -   3 :
31   -   5 :
65   -   24 :
70   -   21 :
83   -   3 : 23 :
94   -   2 :
115   -   25 :
   
    这些就是“String”在Trie.java中出现的具体位置,“-”左边是行数,右边是行内偏移位置。如果各位兄台有更好的实现以及其他的方法,请不吝赐教!


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