libro - Estructura de datos del árbol en C#
estructuras de datos en c# (20)
Estaba buscando una estructura de datos de árbol o gráfica en C # pero supongo que no se proporciona una. Un examen exhaustivo de las estructuras de datos utilizando C # 2.0 explica un poco sobre por qué. ¿Existe una biblioteca conveniente que se use comúnmente para proporcionar esta funcionalidad? Tal vez a través de un patrón de estrategia para resolver los problemas presentados en el artículo.
Me siento un poco tonto implementando mi propio árbol, tal como lo haría implementando mi propia ArrayList.
Solo quiero un árbol genérico que pueda estar desequilibrado. Piense en un árbol de directorios. C5 parece ingenioso, pero sus estructuras de árbol parecen implementarse como árboles equilibrados rojo-negro más adecuados para la búsqueda que para representar una jerarquía de nodos.
Aquí está el mío, que es muy similar al de Aaron Gage , solo un poco más convencional, en mi opinión. Para mis propósitos, no he encontrado ningún problema de rendimiento con la List<T> . Sería bastante fácil cambiar a una lista enlazada si fuera necesario.
namespace Overby.Collections
{
public class TreeNode<T>
{
private readonly T _value;
private readonly List<TreeNode<T>> _children = new List<TreeNode<T>>();
public TreeNode(T value)
{
_value = value;
}
public TreeNode<T> this[int i]
{
get { return _children[i]; }
}
public TreeNode<T> Parent { get; private set; }
public T Value { get { return _value; } }
public ReadOnlyCollection<TreeNode<T>> Children
{
get { return _children.AsReadOnly(); }
}
public TreeNode<T> AddChild(T value)
{
var node = new TreeNode<T>(value) {Parent = this};
_children.Add(node);
return node;
}
public TreeNode<T>[] AddChildren(params T[] values)
{
return values.Select(AddChild).ToArray();
}
public bool RemoveChild(TreeNode<T> node)
{
return _children.Remove(node);
}
public void Traverse(Action<T> action)
{
action(Value);
foreach (var child in _children)
child.Traverse(action);
}
public IEnumerable<T> Flatten()
{
return new[] {Value}.Concat(_children.SelectMany(x => x.Flatten()));
}
}
}
Aquí está mi implementación de BST
class BST
{
public class Node
{
public Node Left { get; set; }
public object Data { get; set; }
public Node Right { get; set; }
public Node()
{
Data = null;
}
public Node(int Data)
{
this.Data = (object)Data;
}
public void Insert(int Data)
{
if (this.Data == null)
{
this.Data = (object)Data;
return;
}
if (Data > (int)this.Data)
{
if (this.Right == null)
{
this.Right = new Node(Data);
}
else
{
this.Right.Insert(Data);
}
}
if (Data <= (int)this.Data)
{
if (this.Left == null)
{
this.Left = new Node(Data);
}
else
{
this.Left.Insert(Data);
}
}
}
public void TraverseInOrder()
{
if(this.Left != null)
this.Left.TraverseInOrder();
Console.Write("{0} ", this.Data);
if (this.Right != null)
this.Right.TraverseInOrder();
}
}
public Node Root { get; set; }
public BST()
{
Root = new Node();
}
}
Aquí está mi propia
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var tree = new Tree<string>()
.Begin("Fastfood")
.Begin("Pizza")
.Add("Margherita")
.Add("Marinara")
.End()
.Begin("Burger")
.Add("Cheese burger")
.Add("Chili burger")
.Add("Rice burger")
.End()
.End();
tree.Nodes.ForEach(p => PrintNode(p, 0));
Console.ReadKey();
}
static void PrintNode<T>(TreeNode<T> node, int level)
{
Console.WriteLine("{0}{1}", new string('' '', level * 3), node.Value);
level++;
node.Children.ForEach(p => PrintNode(p, level));
}
}
public class Tree<T>
{
private Stack<TreeNode<T>> m_Stack = new Stack<TreeNode<T>>();
public List<TreeNode<T>> Nodes { get; } = new List<TreeNode<T>>();
public Tree<T> Begin(T val)
{
if (m_Stack.Count == 0)
{
var node = new TreeNode<T>(val, null);
Nodes.Add(node);
m_Stack.Push(node);
}
else
{
var node = m_Stack.Peek().Add(val);
m_Stack.Push(node);
}
return this;
}
public Tree<T> Add(T val)
{
m_Stack.Peek().Add(val);
return this;
}
public Tree<T> End()
{
m_Stack.Pop();
return this;
}
}
public class TreeNode<T>
{
public T Value { get; }
public TreeNode<T> Parent { get; }
public List<TreeNode<T>> Children { get; }
public TreeNode(T val, TreeNode<T> parent)
{
Value = val;
Parent = parent;
Children = new List<TreeNode<T>>();
}
public TreeNode<T> Add(T val)
{
var node = new TreeNode<T>(val, this);
Children.Add(node);
return node;
}
}
Salida:
Fastfood
Pizza
Margherita
Marinara
Burger
Cheese burger
Chili burger
Rice burger
Aquí hay un árbol
public class Tree<T> : List<Tree<T>>
{
public T Data { get; private set; }
public Tree(T data)
{
this.Data = data;
}
public Tree<T> Add(T data)
{
var node = new Tree<T>(data);
this.Add(node);
return node;
}
}
Incluso puedes usar inicializadores:
var tree = new Tree<string>("root")
{
new Tree<string>("sample")
{
"console1"
}
};
Como no se menciona, me gustaría que llamara la atención sobre la base de código .net que ahora se lanzó: específicamente el código para un SortedSet que implementa un árbol rojo-negro:
Esto es, sin embargo, una estructura de árbol equilibrada. Así que mi respuesta es más una referencia a lo que creo que es la única estructura de árbol nativa en la biblioteca central .net.
Creo una clase de Nodo que podría ser útil para otras personas. La clase tiene propiedades como:
- Niños
- Los antepasados
- Descendientes
- Hermanos
- Nivel del nodo
- Padre
- Raíz
- Etc.
También existe la posibilidad de convertir una lista plana de elementos con un Id y un ParentId a un árbol. Los nodos contienen una referencia tanto a los elementos secundarios como a los principales, lo que hace que los nodos de iteración sean bastante rápidos.
En caso de que necesite una implementación de estructura de datos de árbol arraigada que use menos memoria, puede escribir su clase de nodo de la siguiente manera (implementación de C ++):
class Node {
Node* parent;
int item; // depending on your needs
Node* firstChild; //pointer to left most child of node
Node* nextSibling; //pointer to the sibling to the right
}
He agregado una solución completa y un ejemplo utilizando la clase NTree anterior, también agregué el método "AddChild" ...
public class NTree<T>
{
public T data;
public LinkedList<NTree<T>> children;
public NTree(T data)
{
this.data = data;
children = new LinkedList<NTree<T>>();
}
public void AddChild(T data)
{
var node = new NTree<T>(data) { Parent = this };
children.AddFirst(node);
}
public NTree<T> Parent { get; private set; }
public NTree<T> GetChild(int i)
{
foreach (NTree<T> n in children)
if (--i == 0)
return n;
return null;
}
public void Traverse(NTree<T> node, TreeVisitor<T> visitor, string t, ref NTree<T> r)
{
visitor(node.data, node, t, ref r);
foreach (NTree<T> kid in node.children)
Traverse(kid, visitor, t, ref r);
}
}
public static void DelegateMethod(KeyValuePair<string, string> data, NTree<KeyValuePair<string, string>> node, string t, ref NTree<KeyValuePair<string, string>> r)
{
string a = string.Empty;
if (node.data.Key == t)
{
r = node;
return;
}
}
utilizando
NTree<KeyValuePair<string, string>> ret = null;
tree.Traverse(tree, DelegateMethod, node["categoryId"].InnerText, ref ret);
He completado el código que @Berezh ha compartido.
public class TreeNode<T> : IEnumerable<TreeNode<T>>
{
public T Data { get; set; }
public TreeNode<T> Parent { get; set; }
public ICollection<TreeNode<T>> Children { get; set; }
public TreeNode(T data)
{
this.Data = data;
this.Children = new LinkedList<TreeNode<T>>();
}
public TreeNode<T> AddChild(T child)
{
TreeNode<T> childNode = new TreeNode<T>(child) { Parent = this };
this.Children.Add(childNode);
return childNode;
}
public IEnumerator<TreeNode<T>> GetEnumerator()
{
throw new NotImplementedException();
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return (IEnumerator)GetEnumerator();
}
}
public class TreeNodeEnum<T> : IEnumerator<TreeNode<T>>
{
int position = -1;
public List<TreeNode<T>> Nodes { get; set; }
public TreeNode<T> Current
{
get
{
try
{
return Nodes[position];
}
catch (IndexOutOfRangeException)
{
throw new InvalidOperationException();
}
}
}
object IEnumerator.Current
{
get
{
return Current;
}
}
public TreeNodeEnum(List<TreeNode<T>> nodes)
{
Nodes = nodes;
}
public void Dispose()
{
}
public bool MoveNext()
{
position++;
return (position < Nodes.Count);
}
public void Reset()
{
position = -1;
}
}
La excelente biblioteca de colecciones genéricas de C5 tiene varias estructuras de datos diferentes basadas en árboles, incluidos conjuntos, bolsas y diccionarios. El código fuente está disponible si desea estudiar sus detalles de implementación. (He usado colecciones C5 en código de producción con buenos resultados, aunque no he usado ninguna de las estructuras de árbol específicamente).
La mayoría de los árboles están formados por los datos que está procesando.
Supongamos que tiene una clase de
personque incluye detalles de losparentsde alguien, ¿preferiría tener la estructura de árbol como parte de su "clase de dominio" o utilizar una clase de árbol separada que contenga enlaces a los objetos de su persona? Piense en una operación simple como conseguir a todos losgrandchildrende unaperson, ¿este código debe estar en la clase depersono el usuario de la clase depersondebe saber acerca de una clase de árbol separada?
Otro ejemplo es un árbol de análisis en un compilador ...
Lo que estos dos ejemplos muestran es que el concepto de árbol es parte del dominio de los datos y al usar un árbol de propósito general separado, al menos se duplica la cantidad de objetos que se crean y hace que la API sea más difícil de programar nuevamente.
Lo que queremos es una forma de reutilizar las operaciones de árbol estándar, sin tener que volver a implementarlas para todos los árboles, mientras que al mismo tiempo, no tener que usar una clase de árbol estándar. Boost ha intentado resolver este tipo de problema para C ++, pero aún no he visto ningún efecto para .NET adaptarme.
Mi mejor consejo sería que no hay una estructura de datos de árbol estándar porque hay tantas formas de implementarla que sería imposible cubrir todas las bases con una sola solución. Cuanto más específica sea una solución, menos probable es que sea aplicable a un problema dado. Incluso me molesta con LinkedList. ¿Qué sucede si deseo una lista enlazada circular?
La estructura básica que necesitará implementar será una colección de nodos, y aquí hay algunas opciones para comenzar. Supongamos que la clase Nodo es la clase base de toda la solución.
Si solo necesita navegar hacia abajo en el árbol, entonces una clase de Nodo necesita una Lista de hijos.
Si necesita navegar hacia arriba en el árbol, la clase Nodo necesita un enlace a su nodo principal.
Cree un método AddChild que se encargue de todos los detalles de estos dos puntos y de cualquier otra lógica empresarial que deba implementarse (límites secundarios, clasificación de los hijos, etc.)
Odio admitirlo, pero terminé escribiendo mi propia clase de árbol usando una lista vinculada. En una nota no relacionada, acabo de descubrir esta cosa redonda que, cuando está conectada a una cosa que llamo un ''eje'', permite un transporte más fácil de las mercancías.
Otra estructura de árbol más:
public class TreeNode<T> : IEnumerable<TreeNode<T>>
{
public T Data { get; set; }
public TreeNode<T> Parent { get; set; }
public ICollection<TreeNode<T>> Children { get; set; }
public TreeNode(T data)
{
this.Data = data;
this.Children = new LinkedList<TreeNode<T>>();
}
public TreeNode<T> AddChild(T child)
{
TreeNode<T> childNode = new TreeNode<T>(child) { Parent = this };
this.Children.Add(childNode);
return childNode;
}
... // for iterator details see below link
}
Uso de la muestra:
TreeNode<string> root = new TreeNode<string>("root");
{
TreeNode<string> node0 = root.AddChild("node0");
TreeNode<string> node1 = root.AddChild("node1");
TreeNode<string> node2 = root.AddChild("node2");
{
TreeNode<string> node20 = node2.AddChild(null);
TreeNode<string> node21 = node2.AddChild("node21");
{
TreeNode<string> node210 = node21.AddChild("node210");
TreeNode<string> node211 = node21.AddChild("node211");
}
}
TreeNode<string> node3 = root.AddChild("node3");
{
TreeNode<string> node30 = node3.AddChild("node30");
}
}
PRIMA
Ver árbol de pleno derecho con:
- iterador
- buscando
- Java / C #
Prueba esta simple muestra.
public class TreeNode<TValue>
{
#region Properties
public TValue Value { get; set; }
public List<TreeNode<TValue>> Children { get; private set; }
public bool HasChild { get { return Children.Any(); } }
#endregion
#region Constructor
public TreeNode()
{
this.Children = new List<TreeNode<TValue>>();
}
public TreeNode(TValue value)
: this()
{
this.Value = value;
}
#endregion
#region Methods
public void AddChild(TreeNode<TValue> treeNode)
{
Children.Add(treeNode);
}
public void AddChild(TValue value)
{
var treeNode = new TreeNode<TValue>(value);
AddChild(treeNode);
}
#endregion
}
Si desea escribir su propio documento, puede comenzar con este documento de seis partes que detalla el uso efectivo de las estructuras de datos de C # 2.0 y cómo analizar su implementación de estructuras de datos en C #. Cada artículo tiene ejemplos y un instalador con ejemplos que puede seguir junto con.
"Un examen extenso de estructuras de datos usando C # 2.0" por Scott Mitchell
Tengo una pequeña extensión a las soluciones.
Al usar una declaración genérica recursiva y una subclase derivada, puede concentrarse mejor en su objetivo real.
Tenga en cuenta que es diferente de una implementación no genérica, no necesita convertir ''nodo'' en ''NodeWorker''.
Aquí está mi ejemplo:
public class GenericTree<T> where T : GenericTree<T> // recursive constraint
{
// no specific data declaration
protected List<T> children;
public GenericTree()
{
this.children = new List<T>();
}
public virtual void AddChild(T newChild)
{
this.children.Add(newChild);
}
public void Traverse(Action<int, T> visitor)
{
this.traverse(0, visitor);
}
protected virtual void traverse(int depth, Action<int, T> visitor)
{
visitor(depth, (T)this);
foreach (T child in this.children)
child.traverse(depth + 1, visitor);
}
}
public class GenericTreeNext : GenericTree<GenericTreeNext> // concrete derivation
{
public string Name {get; set;} // user-data example
public GenericTreeNext(string name)
{
this.Name = name;
}
}
static void Main(string[] args)
{
GenericTreeNext tree = new GenericTreeNext("Main-Harry");
tree.AddChild(new GenericTreeNext("Main-Sub-Willy"));
GenericTreeNext inter = new GenericTreeNext("Main-Inter-Willy");
inter.AddChild(new GenericTreeNext("Inter-Sub-Tom"));
inter.AddChild(new GenericTreeNext("Inter-Sub-Magda"));
tree.AddChild(inter);
tree.AddChild(new GenericTreeNext("Main-Sub-Chantal"));
tree.Traverse(NodeWorker);
}
static void NodeWorker(int depth, GenericTreeNext node)
{ // a little one-line string-concatenation (n-times)
Console.WriteLine("{0}{1}: {2}", String.Join(" ", new string[depth + 1]), depth, node.Name);
}
Ver http://quickgraph.codeplex.com/
QuickGraph proporciona estructuras de datos y algoritmos de gráficos genéricos dirigidos / no dirigidos para .Net 2.0 y superiores. QuickGraph viene con algoritmos como búsqueda de profundidad en primer lugar, búsqueda por aliento, búsqueda A *, ruta más corta, ruta k más corta, flujo máximo, árbol de expansión mínimo, ancestros menos comunes, etc ... QuickGraph es compatible con MSAGL, GLEE y Graphviz para Renderizar los gráficos, serialización a GraphML, etc ...
delegate void TreeVisitor<T>(T nodeData);
class NTree<T>
{
private T data;
private LinkedList<NTree<T>> children;
public NTree(T data)
{
this.data = data;
children = new LinkedList<NTree<T>>();
}
public void AddChild(T data)
{
children.AddFirst(new NTree<T>(data));
}
public NTree<T> GetChild(int i)
{
foreach (NTree<T> n in children)
if (--i == 0)
return n;
return null;
}
public void Traverse(NTree<T> node, TreeVisitor<T> visitor)
{
visitor(node.data);
foreach (NTree<T> kid in node.children)
Traverse(kid, visitor);
}
}
Implementación recursiva simple ... <40 líneas de código ... ¿Solo necesita mantener una referencia a la raíz del árbol fuera de la clase, o envolverla en otra clase, tal vez cambiar el nombre a TreeNode?