N-ary Trie的實現與分析（字典樹）

實現功能

初始化文檔（默認文檔中全是小寫字母，並且無重複單詞），將內部單詞存入字典樹（每行一個單詞），實現以下功能：

1. 查找單詞（輸出單詞行號）
2. 查找前綴（輸出前綴行號們）
3. 刪除單詞（在字典樹中刪除單詞，文檔中原始結構不變）
4. 插入單詞（在字典樹中插入單詞，原始文檔結構不變，默認行號是最後一行）
5. 按序輸出單詞（輸出仍然在字典樹中的單詞，按照字典序）

結構

字典樹使用鏈表與數組結合的方式實現，父子關係使用鏈表，兒子節點之間的關係使用數組。

注意，刪除操作只是在字典樹中刪除對應的單詞，其他單詞在原始文檔中對應的行號不變。

完整代碼

/*
 * 實驗名稱：N-ary Trie
 * 作者：龍徵天
 * 環境：MacOs
 * 編譯器：CLion
 */
//#pragma GCC optimize(2)
//#pragma G++ optimize(2)
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <string>
#include <climits>
#include <algorithm>
#include <queue>
#include <vector>
#include <fstream>
using namespace std;

struct TreeNode{
    TreeNode(){
        rows.clear();
        endrow=0;
        for (int i=0; i<26; i++) child[i]=nullptr;
    }
    TreeNode* child[26];//固定26個孩子元素
    vector<int> rows;
    int endrow;
};
class LinkedTree{
public:
    LinkedTree(){ root=new TreeNode; rows=0; }
    ~LinkedTree(){}
    void init(const string& _file);
    int getRows(){return rows;};
    TreeNode* getRoot(){return root;};
    void insert(const string& _s,int _row);//插入一個單詞
    bool erase(const string& _s);//刪除一個單詞
    void dfserase(const string& _s,int index, TreeNode* &a, int delrow);//返回值表示類型，1爲分支類型，2爲前綴類型
    int FindWord(const string& _s);//查找完整單詞的行號
    vector<int> FindPrefix(const string& _s);//查找前綴的行號（包含單詞）
    void traverse(TreeNode *node,string _s,int index);
private:
    TreeNode *root;
    int rows;
};
void LinkedTree::init(const string& _file){
    ifstream fin(_file);
    if(!fin.is_open()){
        perror("Error: "); exit(0);
    }
    string s;
    while(fin>>s) insert(s,++rows);
    printf("初始化成功！\n");
}
void LinkedTree::insert(const string& _s,int _row){
    TreeNode *currentNode=root;
    for (int i=0; i<_s.size(); i++){
        if(currentNode->child[_s[i]-'a']==nullptr) currentNode->child[_s[i]-'a']=new TreeNode;
        currentNode->child[_s[i]-'a']->rows.push_back(_row);
        currentNode=currentNode->child[_s[i]-'a'];
    }
    currentNode->endrow=_row;
}
int LinkedTree::FindWord(const string& _s){
    TreeNode *currentNode=root;
    for (int i=0; i<_s.size(); i++){
        if(currentNode->child[_s[i]-'a']==nullptr) return -1;
        currentNode=currentNode->child[_s[i]-'a'];
    }
    if(currentNode->endrow) return currentNode->endrow;
    else return -1;
}
vector<int> LinkedTree::FindPrefix(const string& _s){
    TreeNode *currentNode=root;
    for (int i=0; i<_s.size(); i++){
        if(currentNode->child[_s[i]-'a']==nullptr) return vector<int>{-1};
        currentNode=currentNode->child[_s[i]-'a'];
    }
    return currentNode->rows;
}
void LinkedTree::dfserase(const string &_s, int index, TreeNode* &a, int delrow){//最後一個參數要刪除的行號
    if(index==_s.size()-1) {
        auto it=find(a->rows.begin(),a->rows.end(),delrow);
        if(it!=a->rows.end()) a->rows.erase(it);
        a->endrow=0;
        return;
    }

    dfserase(_s,index+1,a->child[_s[index+1]-'a'],delrow);

    if(a->child[_s[index+1]-'a']->rows.empty()){//當前節點的兒子沒有兒子，這是分支點
        delete a->child[_s[index+1]-'a'];
        a->child[_s[index+1]-'a']=nullptr;
        auto it=find(a->rows.begin(),a->rows.end(),delrow);
        if(it!=a->rows.end()) a->rows.erase(it);
        //if(a->endrow==delrow) a->endrow=0;
        return;
    }
    else {//進入前綴情況
        auto it=find(a->child[_s[index+1]-'a']->rows.begin(),a->child[_s[index+1]-'a']->rows.end(),delrow);
        if(it!=a->child[_s[index+1]-'a']->rows.end()) a->child[_s[index+1]-'a']->rows.erase(it);
        //if(a->child[_s[index+1]-'a']->endrow==delrow) a->child[_s[index+1]-'a']->endrow=0;
        return;
    }
}
bool LinkedTree::erase(const string& _s){
    int temp=FindWord(_s);
    if(temp==-1) return false;//如果不存在這個字符串，返回false
    dfserase(_s,-1,root,temp);
//    auto it=find(root->child[_s[0]-'a']->rows.begin(),root->child[_s[0]-'a']->rows.end(),temp);
//    if(it!=root->child[_s[0]-'a']->rows.end()) root->child[_s[0]-'a']->rows.erase(it);
    return true;
}
void LinkedTree::traverse(TreeNode *node,string _s,int index){//測試用，遍歷整棵樹
    if(node->endrow){
        for (int i=0; i<index; i++) printf("%c",_s[i]);
        printf("\n");
    }
    for (int i=0; i<26; i++){
        if(node->child[i]!=nullptr){
            _s[index]=char(i+'a');
            traverse(node->child[i],_s,index+1);
        }
    }
}
int main(){
    LinkedTree trieTree;
    printf("請輸入您想要索引化的文檔目錄絕對路徑：");
    string file; cin>>file;
    trieTree.init(file);//初始化
    while(true){
        printf("請輸入需要進行的操作：1表示查找前綴，2表示查找單詞，3表示插入新的單詞，4表示刪除單詞，5表示按序輸出單詞，6表示退出程序。\n");
        printf("請輸入：");
        int op; scanf("%d",&op);
        if(op==1){
            printf("請輸入你想要在字典樹中查找的前綴：");
            string s; cin>>s;
            vector<int> tempvector=trieTree.FindPrefix(s);
            if(tempvector[0]==-1) printf("不存在此前綴！\n");
            else {
                printf("出現此前綴的單詞所在的行號爲：");
                for (auto i:tempvector) printf("%d ",i);
                printf("\n");
            }
        }
        else if(op==2){
            printf("請輸入你想要在字典樹中查找的單詞：");
            string s; cin>>s;
            int x=trieTree.FindWord(s);
            if(x==-1) printf("不存在此單詞！\n");
            else printf("此單詞出現的行號爲：%d\n",x);
        }
        else if(op==3){
            printf("請輸入你想要在字典樹中插入的單詞，默認行號爲最後一行：");
            string s; cin>>s;
            trieTree.insert(s,trieTree.getRows());
            printf("插入成功！\n");
        }
        else if(op==4){
            printf("請輸入你想要在字典樹中刪除的單詞，注意，刪除後，源文件中仍然存在，請輸入：");
            string s; cin>>s;
            if(trieTree.erase(s)) printf("刪除成功！\n");
            else printf("刪除失敗！\n");
        }
        else if(op==5) {
            string s; s.clear();
            trieTree.traverse(trieTree.getRoot(),s,0);
        }
        else if(op==6) {
            printf("謝謝使用！再見！\n"); break;
        }
    }
    return 0;
}