用 JavaScript 实现单词查找树

每日前端夜话 第270篇

翻译: 疯狂的技术宅

作者:Hussain Mir Ali

来源:softnami

正文共:870  字

预计阅读时间:6分钟

动机

对于搜索字符串的需求,在最坏的情况下,二叉搜索树的时间复杂度可能为 O(n),“n” 是二叉树中存储的字符串的总数量。所以为了在最佳时间内搜索字符串,需要一种性能更好的数据结构。Trie 树(又名单词搜索树)可以避免在搜索字符串时遍历整个树。仅包含字母的字符串会把 trie 节点的子级数量限制为 26。这样搜索字符串的时间复杂度为 O(s),其中 “s” 为字符串的长度。与二进制搜索树相比,trie 树在搜索字符串方面效率更高。

方法

trie 树中单个节点的结构由长度为 26 的数组和一个布尔值组成,这个布尔值用来标识其是否为叶子节点。此外,叶子节点可以具有整数值或映射到字符串的其他类型的值。数组中的每个索引代表从 a 到 z 的字母,并且每个索引可以有一个 TrieNode 实例。

trie node

上图表示 trie 树中的根节点。

实现

该实现包含两个类,一个用于 trie 节点,另一个用于 trie 树。实现的语言是带有 ES6 规范的 JavaScript。

TrieNode 类的属性为 valueisEndarr 。变量   arr 是长度为 26 的数组,其中填充了 null 值。

1class TrieNode {
2    constructor() {
3        this.value = undefined;
4        this.isEnd = false;
5        this.arr = new Array(26).fill(null);
6    }
7}

TrieTree 类具有 insertsearchNodestartsWithprintStringgetRoot 方法。可以用 startsWith 方法执行前缀搜索。 insert 方法将字符串和值作为参数。

 1class TrieTree {
 2
 3    constructor() {
 4        this.root = new TrieNode();
 5    }
 6
 7    insert(word, value) {
 8        let node = this.root;
 9        for (let i = 0; i < word.length; i++) {
10            const index = parseInt(word[i], 36) - 10;
11
12            if (node.arr[index] === null) {
13                const temp = new TrieNode();
14                node.arr[index] = temp;
15                node = temp;
16            } else {
17                node = node.arr[index];
18            }
19        }
20        node.isEnd = true;
21        node.value = value;
22    }
23
24    getRoot() {
25        return this.root;
26    }
27
28    startsWith(prefix) {
29        const node = this.searchNode(prefix);
30        if (node == null) {
31            return false;
32        } else {
33            this.printStrings(node, "");
34            return true;
35        }
36    }
37
38    printStrings(node, prefix) {
39        if (node.isEnd) console.log(prefix);
40        for (let i = 0; i < node.arr.length; i++) {
41            if (node.arr[i] !== null) {
42                const character = String.fromCharCode('a'.charCodeAt() + i);
43                this.printStrings(node.arr[i], prefix + "" + (character));
44            }
45        }
46    }
47
48    searchNode(str) {
49        let node = this.root;
50        for (let i = 0; i < str.length; i++) {
51            const index = parseInt(str[i], 36) - 10;
52            if (node.arr[index] !== null) {
53                node = node.arr[index];
54            } else {
55                return null;
56            }
57        }
58
59        if (node === this.root)
60            return null;
61
62        return node;
63    }
64}

下面的代码显示了如何实例化 “TrieTree” 类,还演示了各种方法的用法。

 1const trieTree = new TrieTree();
 2trieTree.insert("asdfasdf", 5);
 3trieTree.insert("cdfasdfas", 23);
 4trieTree.insert("cdfzsvljsdf", 42);
 5
 6let answer = trieTree.searchNode("asdfasdf");
 7console.log(answer.value); //5
 8answer = trieTree.startsWith("cdf");
 9console.log(answer);
10//asdfas
11//zsvljsdf
12//true

不同方法的时间和空间复杂度如下:

  • searchNode:时间复杂度:O(s),'s' 是字符串的长度, 空间复杂度:O(1) ,因为没有使用额外的数据结构,例如队列或栈。

  • insert:时间复杂度:O(s),“s”是字符串长度, 空间复杂度:O(ns) ,其中 “n” 是 trie 树中 key 的数量,“s” 是字符串的长度。

  • startsWith:时间复杂度:O(s),'s' 是字符串的长度,'k' 是剩余匹配字符串的最大长度, 空间复杂度:O(k) ,其中 'k' 是其余匹配字符串的最大长度。

应用

在前端开发中,trie 树可用于以下程序:

  • 自动完成和提前输入功能。

  • 拼写检查。

  • 搜索。

  • 排序。

此外 trie 树可以用来存储电话号码、IP地址和对象等。

原文: https://www.softnami.com/posts_pr/trie-tree-with-javascript.html

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