双数组字典树DoubleArrayTrie

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        双数组Tire树是Tire树的存储结构上升级版。

       在查询方面,双数组Tire树拥有Tire树的所有优点,而且刻服了Tire树浪费空间的不足。在插入和删除的时,往往需要对双数组结构进行全局调整,灵活性能较差。如果核心词典已经预先建立好并且有序的,并且不会添加或删除新词,那么这个缺点是可以忽略的。

标准Trie

     向一棵树中插入“清华”、“清华大学”、“清新”、“中华”、“华人”,形成trie.

 

双数组结构

       设例树的字符编码表为:[清-1,华-2,大-3,学-4,新-5,中-6,人-7](也可以用默认的统一字符编码)

如图所示:

               Position:数据下标,position = 0的时间为root

               Base Array:转移基数数组,ROOT节点为1(可自定义),清的position位置确定为 base[0] + 1(清的编码)

                     

                                  如何表示叶子节点?转移基数统一设置设为-1 * base[n], n为叶子节点的position

            Check Array: 较验数组。check数组记录的提这个字的父亲节点的下标,例【清】其 check[2] = 0 指向ROOT

           如果我们要在例树中确认外部的一个字符串“清中”是否是一个词,按照 Trie 树的查找规则,首先要查找“清”这个字,我们从根节点出发,获得|base[1]|+code(“清”)=3,然后转移到“清”节点,确认清在数组中存在,我们继续查找“中”,通过|base[3]|+code(“中”)=9获得位置9,字符串此时查询完毕,根据位置9的转移基数base[9]=-2确定该词在此终结,从而认为字符串“清中”是一个词。而这显然是错误的!所以加了check数组,发现check[9]=3指向“华”。

数组的构建

           1.首先将五个词中的首字"清"、“中”、“华”写入数组之中,写入的位置由base[1]+code(字符)确定,每个位置的转移基数(base[i])等于上一个状态的转移基数(此例也即base[1]),这个过程未遇到冲突,最终结果见下图:

            

         2.然后依次处理每个词的第二个字,首先需要整理相同前缀词(“清华”,“清新”)(“中华”),(“华人”),程序先从根节点出发,通过base[1]+code(“清”)=2找到“清”节点,然后以此计算“华”节点应写入的位置,通过计算base[2]+code(“华”)=3寻找到位置 3,却发现位置3已有值;将base[2] + 1 = 2.再通过计算base[2]+code(“华”)=4,base[2]+code(“新”) = 7,base[7] 又发现有值;base[2] + 1 =3,再通过计算base[2]+code(“华”)=5,base[2]+code(“新”) = 8,成功。 base[5]=base[8]=base[2]=3.(“中华”),(“华人”) 简单。注: 上述的 base[2] 表示 |base[s]| (因为可能是叶子结点,上面忘记写绝对值)

simple代码

public class DoubleArrayTrie {

    String[] keys;// 字符集
    int[] base;// 转移数组
    int[] check;// 较验数组

    private static class Node {

        private int code;// 字符编码

        private int s;// 父字符位置

    }

    public void build(List<String> list) {

        // 给所有字符定编码
        this.keys = list.stream().map(word -> word.split("")).flatMap(Arrays::stream).distinct()
                .collect(Collectors.toList()).toArray(new String[0]);

        base = new int[2 * keys.length];
        check = new int[2 * keys.length];

        String[] dir = list.toArray(new String[0]);

        // 设置root
        base[0] = 1;
        check[0] = 0;

        // 词的深度
        int depth = 1;

        while (!list.isEmpty()) {

            // 根据相同前缀分组
            Map<Integer, List<Node>> map = new HashMap<>();
            for (int i = 0; i < list.size();) {
                String word = list.get(i);
                String pre = word.substring(0, depth - 1);
                String k = word.substring(depth - 1, depth);

                Node n = new Node();
                n.code = findIndex(k);
                n.s = depth == 1 ? 0 : indexOf(pre);
                if (depth == word.length()) {
                    list.remove(i);
                } else {
                    i++;
                }

                List<Node> siblings = null;
                if (!map.containsKey(n.s)) {
                    siblings = new ArrayList<>();
                } else {
                    siblings = map.get(n.s);
                }
                siblings.add(n);
                map.put(n.s, siblings);
            }

            map.entrySet().forEach(e -> {
                int offset = 0;
                int s = e.getKey();
                List<Node> siblings = e.getValue();

                outer: for (int i = 0; i < siblings.size(); i++) {
                    Node node = siblings.get(i);
                    int c = node.code;
                    int t = base[s] + offset + c;

                    // 发现在节点已有值则偏移+1
                    if (check[t] != 0) {
                        offset++;
                        continue outer;
                    }
                }

                base[s] = base[s] + offset;

                for (int i = 0; i < siblings.size(); i++) {
                    Node node = siblings.get(i);
                    int c = node.code;
                    int t = base[s] + c;
                    // 给上父结点
                    check[t] = s;
                    // 给拿上一个节点偏移量
                    base[t] = base[s];
                }
            });
            depth++;
        }

        // 发现字节点,置为负数
        for (int i = 0; i < dir.length; i++) {
            int s = indexOf(dir[i]);
            base[s] = -1 * base[s];
        }
    }

    // 找询字符编码
    private int findIndex(String key) {
        for (int i = 0; i < keys.length; i++) {
            if (keys[i].equals(key))
                return i;
        }
        throw new RuntimeException("找不到[" + key + "]");
    }

    // 定位前缀结点position
    private int indexOf(String pre) {
        int s = 0;
        String[] ss = pre.split("");
        for (int i = 0; i < ss.length; i++) {
            String word = ss[i];
            int c = findIndex(word);
            int t = (base[s] < 0 ? -1 * base[s] : base[s]) + c;
            s = t;
        }
        return s;
    }

    public boolean get(String key) {

        int s = 0;

        String[] ss = key.split("");
        for (int i = 0; i < ss.length; i++) {
            String word = ss[i];
            int c = findIndex(word);

            int t = (base[s] < 0 ? -1 * base[s] : base[s]) + c;

            if (t >= base.length)
                return false;

            if (i == ss.length - 1 && check[t] == s) {
                return true;
            }

            s = t;
        }

        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        DoubleArrayTrie adt = new DoubleArrayTrie();
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("阿胶");
        list.add("阿拉伯");
        list.add("阿拉伯人");
        list.add("埃及");

        // 构建DoubleArrayTrie
        adt.build(list);

        System.out.println(adt.get("阿胶人"));
    }

}

参考文献

      小白详解 Trie 树

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