Trie樹也稱字典樹,因爲其效率很高,所以在在字符串查找、前綴匹配等中應用很廣泛,其高效率是以空間爲代價的。
一.Trie樹的原理
利用串構建一個字典樹,這個字典樹保存了串的公共前綴信息,因此可以降低查詢操作的複雜度。
下面以英文單詞構建的字典樹爲例,這棵Trie樹中每個結點包括26個孩子結點,因爲總共有26個英文字母(假設單詞都是小寫字母組成)。
則可聲明包含Trie樹的結點信息的結構體:
#define MAX 26 typedef struct TrieNode //Trie結點聲明 { bool isStr; //標記該結點處是否構成單詞 struct TrieNode *next[MAX]; //兒子分支 }Trie;
其中next是一個指針數組,存放着指向各個孩子結點的指針。
如給出字符串"abc","ab","bd","dda",根據該字符串序列構建一棵Trie樹。則構建的樹如下:
Trie樹的根結點不包含任何信息,第一個字符串爲"abc",第一個字母爲'a',因此根結點中數組next下標爲'a'-97的值不爲NULL,其他同理,構建的Trie樹如圖所示,紅色結點表示在該處可以構成一個單詞。很顯然,如果要查找單詞"abc"是否存在,查找長度則爲O(len),len爲要查找的字符串的長度。而若採用一般的逐個匹配查找,則查找長度爲O(len*n),n爲字符串的個數。顯然基於Trie樹的查找效率要高很多。
但是卻是以空間爲代價的,比如圖中每個結點所佔的空間都爲(26*4+1)Byte=105Byte,那麼這棵Trie樹所佔的空間則爲105*8Byte=840Byte,而普通的逐個查找所佔空間只需(3+2+2+3)Byte=10Byte。
二.Trie樹的操作
在Trie樹中主要有3個操作,插入、查找和刪除。一般情況下Trie樹中很少存在刪除單獨某個結點的情況,因此只考慮刪除整棵樹。
1.插入
假設存在字符串str,Trie樹的根結點爲root。i=0,p=root。
1)取str[i],判斷p->next[str[i]-97]是否爲空,若爲空,則建立結點temp,並將p->next[str[i]-97]指向temp,然後p指向temp;
若不爲空,則p=p->next[str[i]-97];
2)i++,繼續取str[i],循環1)中的操作,直到遇到結束符'\0',此時將當前結點p中的isStr置爲true。
2.查找
假設要查找的字符串爲str,Trie樹的根結點爲root,i=0,p=root
1)取str[i],判斷判斷p->next[str[i]-97]是否爲空,若爲空,則返回false;若不爲空,則p=p->next[str[i]-97],繼續取字符。
2)重複1)中的操作直到遇到結束符'\0',若當前結點p不爲空並且isStr爲true,則返回true,否則返回false。
3.刪除
刪除可以以遞歸的形式進行刪除。
測試程序:
/*Trie樹(字典樹) 2011.10.10*/
#include <iostream>
#include<cstdlib>
#define MAX 26
using
namespace
std;
typedef
struct
TrieNode
//Trie結點聲明
{
bool
isStr;
//標記該結點處是否構成單詞
struct
TrieNode *next[MAX];
//兒子分支
}Trie;
void
insert(Trie *root,
const
char
*s)
//將單詞s插入到字典樹中
{
if
(root==NULL||*s==
'\0'
)
return
;
int
i;
Trie *p=root;
while
(*s!=
'\0'
)
{
if
(p->next[*s-
'a'
]==NULL)
//如果不存在,則建立結點
{
Trie *temp=(Trie *)
malloc
(
sizeof
(Trie));
for
(i=0;i<MAX;i++)
{
temp->next[i]=NULL;
}
temp->isStr=
false
;
p->next[*s-
'a'
]=temp;
p=p->next[*s-
'a'
];
}
else
{
p=p->next[*s-
'a'
];
}
s++;
}
p->isStr=
true
;
//單詞結束的地方標記此處可以構成一個單詞
}
int
search(Trie *root,
const
char
*s)
//查找某個單詞是否已經存在
{
Trie *p=root;
while
(p!=NULL&&*s!=
'\0'
)
{
p=p->next[*s-
'a'
];
s++;
}
return
(p!=NULL&&p->isStr==
true
);
//在單詞結束處的標記爲true時,單詞才存在
}
void
del(Trie *root)
//釋放整個字典樹佔的堆區空間
{
int
i;
for
(i=0;i<MAX;i++)
{
if
(root->next[i]!=NULL)
{
del(root->next[i]);
}
}
free
(root);
}
int
main(
int
argc,
char
*argv[])
{
int
i;
int
n,m;
//n爲建立Trie樹輸入的單詞數,m爲要查找的單詞數
char
s[100];
Trie *root= (Trie *)
malloc
(
sizeof
(Trie));
for
(i=0;i<MAX;i++)
{
root->next[i]=NULL;
}
root->isStr=
false
;
scanf
(
"%d"
,&n);
getchar
();
for
(i=0;i<n;i++)
//先建立字典樹
{
scanf
(
"%s"
,s);
insert(root,s);
}
while
(
scanf
(
"%d"
,&m)!=EOF)
{
for
(i=0;i<m;i++)
//查找
{
scanf
(
"%s"
,s);
if
(search(root,s)==1)
printf
(
"YES\n"
);
else
printf
(
"NO\n"
);
}
printf
(
"\n"
);
}
del(root);
//釋放空間很重要
return
0;
}