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字典樹

2022-08-23 08:20:04 其他

定義

(本篇僅代表本人自己的觀點,請路過大佬勿噴)  

字典樹,又稱單詞查找樹,Trie樹,是一種樹形結構,是一種哈希樹的變種,適用于實作字串快速檢索的多叉樹,典型應用是用于統計,排序和保存大量的字串(但不僅限于字串),所以經常被搜索引擎系統用于文本詞頻統計,它的優點是:利用字串的公共前綴來減少查詢時間,最大限度地減少無謂的字串比較,查詢效率比哈希樹高

那么她是如何實作的呢?Tire的每個節點都擁有若干個字符指標,若在插入或檢索字串時掃描到一個字符c,就沿著當前節點的c字符指標,走向該指標指向的節點,以此類推......

這樣講感覺太籠統了,有點難理解,個人覺得可以理解成翻字典,找到一個英文字母以后,繼續找下一個,這是同樣的道理,接下來讓我們看看字典樹的基本操作程序

基本操作程序

其實就兩個操作--插入(insert)和查詢(find)也可以稱之為檢索,(差不多啦,這個沒必要糾結,喜歡什么用什么)

插入(insert)

字典樹也是一棵樹,雖然簡單,但人家也是有尊嚴的!想要用她,就得建立她(咳......這個Ta用女字旁純屬個人喜好,更生動嘛!)那該如何建立呢?就是用這個插入操作,比如有很多的單詞,那就把這些單詞的每個字母都插進去,等你把單詞插完了,她就建好了!舉個例子,比如下面這棵樹-->

 

這棵樹就包括了(cap,cat,csp,co,code)這么幾個單詞,這樣是不是感覺直觀多了!

那著上面的數字代表什么?其實是編號,每個結點的編號,因為在插入程序中,如果當前要插入的字符在樹上沒有,那么就要將該字符作為一個新的節點,那肯定不能亂了順序,在這個文明社會得知道先來后到吧(扯歪了),所以就需要一個全域變數tot來記錄節點編號,那如果已經有當前要插入的字符,比如說第二個單詞(cat)他的前綴“ca”在上一個單詞(cap)中已經被插入了,那既然都有了,那還插什么?直接就跳到該字符所在的節點就行了!

那這樣看來的話,稱這顆樹為前綴樹似乎更好理解,因為兩個單詞如果有重合的前綴,那么他們就共用,直到前綴不一樣或者是一個單詞就是另一個單詞的前綴,才會出現不同,那很多的單詞也同樣的道理,也可以通過相同的前綴放到一棵樹上,有沒有感徑訓然開朗?

但是,又有一個問題,如果沒有相同的前綴呢,那咋整啊?那要搞一個虛擬節點唄!所以字典數會有一個固定的根節點--root,它可以是不會被用到的任意節點編號,0或1,看個人習慣吧,我習慣用0

知道思路和會實作代碼是兩碼事,這里我直接貼上我習慣寫法的代碼

 1 const int N=1000005;
 2 int t[N][26],root=0,tot=2;//t陣列用于存盤字典樹 t[4][2]表示,4號節點下面2這個兒子 
 3 void insert(string s)//傳入一個單詞 
 4 {
 5     int p=root;//p是指當前在樹上的位置,一開始固定在根上  
 6     for(int i=0;i<s.size();i++)//將單詞掃描一邊 
 7     {
 8         int id=s[i]-'a';//將每個字母單獨拿出來 
 9         if(t[p][id]==0) t[p][id]=tot++;//當前位置如果沒有id這個兒子,就新建節點 
10         p=t[p][id];//跳到下一個節點 
11     }
12 }

好了,插入操作講完了,已經可以進行簡單的運用了,如果想先插入的鞏固知識的話,可以做一下簡單的題目實戰一下!!

P1481 魔族密碼 - 洛谷 | 計算機科學教育新生態 (luogu.com.cn)

 

這個題目就是插入的一道很裸的題目了,可以自行AC,沒有任何問題!

接下來還有一個重要的操作

查詢(find)

真個操作可以用來查找一個單詞是否在這棵樹上,也能用來查前綴(哎呀,其實你想想查什么都行,但查你女朋友戶口本應該不行),在建好樹的基礎上可以進行這個操作,下面是查有沒有這個單詞的代碼

 

 1 const int N=1e6+5;
 2 int root=0,t[N][26],flag[N];
 3 int find(sting s)
 4 {
 5     int p=root;
 6     for(int i=0;i<s.size();i++)
 7     {
 8         int id=s[i]-'a';
 9         if(t[p][id]==0) return 0;//一旦找不到,直接回傳 
10         p=t[p][id];
11     }
12     if(flag[p]) return 1;//這里必須判斷一下,flag[4]指的是在4這個節點有單詞結尾,不判斷的話可能會因為找到其他單詞的前綴而出錯 
13 } 

 

其實說實話,我感覺查詢和插入跟雙胞胎一樣的,都是差不多的,沒變多少,查詢也可以根據題意調整

下面看一道例題:P2580 于是他錯誤的點名開始了 - 洛谷 | 計算機科學教育新生態 (luogu.com.cn)

這道題是一道很裸很裸的例題,就是 有 手 就 行!!

我貼一下我的AC代碼,僅供參考

 1 #include<bits/stdc++.h>
 2 using namespace std;
 3 const int N=1000005;
 4 int t[N][26],root=0,tot=2;
 5 bool vis[N],f[N];
 6 void insert(string s)
 7 {
 8     int p=root;
 9     for(int i=0;i<s.size();i++)
10     {
11         int id=s[i]-'a';
12         if(t[p][id]==0) t[p][id]=tot++;
13         p=t[p][id];
14     }
15     f[p]=1;
16 }
17 void query(string s)
18 {
19     int p=root;
20     for(int i=0;i<s.size();i++)
21     {
22         int id=s[i]-'a';
23         if(!t[p][id])
24         {
25             cout<<"WRONG"<<endl;
26             return ;
27         }
28         p=t[p][id];
29     }
30     if(f[p]==0)
31     {
32         cout<<"WRONG"<<endl;
33         return ;
34     }
35     if(vis[p]==1)
36     {
37         cout<<"REPEAT"<<endl;
38         return ;
39     }
40     else 
41     {
42         cout<<"OK"<<endl;
43         vis[p]=1;
44     }
45 }
46 int main()
47 {
48     int n,m;
49     string s;
50     cin>>n;
51     for(int i=1;i<=n;i++) cin>>s,insert(s);
52     cin>>m;
53     for(int i=1;i<=m;i++) cin>>s,query(s); 
54     return 0;
55 }

 一開始都說了,字典樹不僅可以處理字串,同樣可以處理其它資料,比如下面的

字串的其他應用

這次直接用一道例題方便大家理解


題意大家應該很清楚吧,就是在一棵樹上找兩個點,使他們的異或路徑最大

分析:

因為題目中并沒有給定根節點,所以我們很容易就能想到,指定節點1為根節點,使其變成有根樹,建立這棵樹,求第i個節點到根節點的異或路徑si(遞回求解),而節點i到節點j的異或路徑就是si異或sj,這是兩個節點分別到根節點的路徑,因為路徑是唯一的,在他們lca之上的部分是重疊的,異或兩遍會歸零,因此,對于每個si,找到一個sj使得路徑最大即可求解,所以就能AC了(AC個屁,那和字典樹有什么關系?)

是的,所以還有個問題,如果兩兩列舉的話,效率很低,所以今天的主角登場!!

先看下面的圖片你就知道了

 

 

 

我們可以用字典樹來維護這些數字,把這些數字看成一個31位的字串,并建立字典樹,每個葉節點的深度都是相同的,建完以后(如上圖),對于每個到根異或路徑值,可以用貪心的策略,從字典樹的根開始,每一位使用貪心策略,如果字典樹當前只有一個節點,直接往下走,如果有兩個的話,選擇和這一位不同的數構成1,當列舉完所有的位數,也就到了字典樹的葉子節點了,正好找到了符合要求的sj

有沒有感覺這個運用很妙?

下面是我的AC代碼:

 

 1 #include<bits/stdc++.h>
 2 using namespace std;
 3 const int N=1e5+10;
 4 struct node
 5 {
 6     int v,w;
 7 };
 8 vector<node>G[N];
 9 int n,tot,t[N*31][2],s[N],root=0;
10 void insert(int x)
11 {
12     int u=root;
13     for(int i=30;i>=0;i--)
14     {
15         int op=bool(x&(1<<i));//這一位是0還是1 
16         if(!t[u][op]) t[u][op]=++tot;
17         u=t[u][op];
18     }
19 }
20 void dfs(int u,int fa)
21 {
22     for(int i=0;i<G[u].size();i++)
23     {
24         int v=G[u][i].v,w=G[u][i].w;
25         if(v==fa) continue;
26         s[v]=s[u]^w;//和父節點的異或路徑再異或一次 
27         dfs(v,u);
28     }
29 }
30 int find(int x)
31 {
32     int ans=0,u=root;
33     for(int i=30;i>=0;i--)
34     {
35         int op=bool(x&(1<<i));
36         if(t[u][!op]) //優先走使答案變成1的方向 
37         {
38             ans+=(1<<i);//累加答案 
39             u=t[u][!op];
40         }
41         else u=t[u][op];
42     }
43     return ans;
44 }
45 int main()
46 {
47     cin>>n;
48     for(int i=1;i<n;i++)
49     {
50         int x,y,w;
51         cin>>x>>y>>w;
52         G[x].push_back((node){y,w});
53         G[y].push_back((node){x,w});
54     }
55     dfs(1,-1);//根據讀入建立樹,計算每個到根節點的異或路徑 
56     for(int i=1;i<=n;i++) insert(s[i]);
57     int ans=0;
58     for(int i=1;i<=n;i++) ans=max(ans,find(s[i]));//對于每個si,都找的到對應的sj 
59     cout<<ans;//輸出答案,完美收官,撒花! 
60     return 0;
61 }

這道題的鏈接:P4551 最長異或路徑 - 洛谷 | 計算機科學教育新生態 (luogu.com.cn)

習題:題目串列 - 洛谷 | 計算機科學教育新生態 (luogu.com.cn)

剩下的關于字典樹的內容,有興趣的讀者可以自行查閱學習!

謝謝大家閱讀,碼字不易,隨手點贊,謝謝!!!

 

 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/502465.html

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