C# 中的树形数据结构
https://stackoverflow.com/questions/66893
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09-06-2019 - |
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我正在寻找 C# 中的树或图形数据结构，但我想没有提供。 使用 C# 2.0 对数据结构进行广泛检查 解释了一些原因。是否有一个常用的方便的库来提供此功能？或许可以通过一种策略模式来解决文章中提出的问题。
我觉得实现自己的树有点傻，就像实现自己的 ArrayList 一样。
我只想要一棵可能不平衡的通用树。想一想目录树。C5 看起来很漂亮，但它们的树结构似乎是作为平衡的红黑树实现的，比表示节点层次结构更适合搜索。
解决方案
我最好的建议是，没有标准的树数据结构，因为实现它的方法有很多，不可能用一种解决方案涵盖所有基础。解决方案越具体，适用于任何给定问题的可能性就越小。我什至对 LinkedList 感到恼火 - 如果我想要一个循环链表怎么办？
您需要实现的基本结构是节点的集合，这里有一些可以帮助您入门的选项。我们假设 Node 类是整个解决方案的基类。
如果您只需要在树中向下导航，那么 Node 类需要一个子级列表。
如果需要在树中向上导航，则 Node 类需要指向其父节点的链接。
构建一个 AddChild 方法，该方法负责处理这两点的所有细节以及必须实现的任何其他业务逻辑（子级限制、对子级进行排序等）
其他提示
我不愿意承认这一点，但我最终使用链表编写了自己的树类。在一个不相关的说明中，我刚刚发现了这个圆形的东西，当它连接到我称之为“轴”的东西上时，可以更轻松地运输货物。
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);
}
}
简单的递归实现...< 40 行代码...您只需要对班级外面的树的根进行引用，或将其包裹在另一堂课中，也许将其重命名为treenode？
这是我的，非常类似于 亚伦·盖奇的, ，在我看来，只是更传统一点。就我的目的而言，我没有遇到任何性能问题 List<T>. 。如果需要的话，切换到 LinkedList 是很容易的。
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()));
}
}
}
另一种树结构：
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
}
使用示例：
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");
}
}
奖金
查看成熟的树：
- 迭代器
- 寻找
- Java/C#
普遍优秀 C5通用集合库 有几种不同的基于树的数据结构，包括集合、包和字典。如果您想研究其实现细节，可以使用源代码。（我在生产代码中使用了 C5 集合，并取得了良好的结果，尽管我没有专门使用任何树结构。）
看 http://quickgraph.codeplex.com/
QuickGraph 为 .Net 2.0 及更高版本提供通用有向/无向图数据结构和算法。QuickGraph 附带深度优先搜索、呼吸优先搜索、A* 搜索、最短路径、k-最短路径、最大流、最小生成树、最不共同祖先等算法...QuickGraph 支持 MSAGL、GLEE 和 Graphviz 来渲染图形、序列化为 GraphML 等...
如果您想编写自己的文档，可以从这份由六部分组成的文档开始，该文档详细介绍了 C# 2.0 数据结构的有效用法以及如何分析 C# 中数据结构的实现。每篇文章都有示例和安装程序，其中包含您可以遵循的示例。
“使用 C# 2.0 对数据结构进行广泛检查” 作者：斯科特·米切尔
我对解决方案有一些扩展。
使用递归泛型声明和派生子类，您可以更好地专注于您的实际目标。
请注意，它与非通用实现不同，您不需要在“NodeWorker”中强制转换“node”。
这是我的例子：
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);
}
尝试这个简单的示例。
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
}
我创建一个 节点类 这可能对其他人有帮助。该类具有如下属性：
- 孩子们
- 祖先
- 后人
- 兄弟姐妹
- 节点级别
- 家长
- 根
- ETC。
还可以将带有 Id 和 ParentId 的项目的平面列表转换为树。节点保存对子节点和父节点的引用，因此使得迭代节点变得相当快。
因为没有提到，我希望您注意现在发布的 .net 代码库：特别是代码 SortedSet 实现红黑树：
然而，这是一个平衡的树结构。所以我的答案更多的是参考我认为的 .net core 库中唯一的本机树结构。
我已经完成了@Berezh 共享的代码。
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;
}
}
这是一棵树
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;
}
}
您甚至可以使用初始化器：
var tree = new Tree<string>("root")
{
new Tree<string>("sample")
{
"console1"
}
};
这是我自己的：
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;
}
}
输出：
Fastfood
Pizza
Margherita
Marinara
Burger
Cheese burger
Chili burger
Rice burger
大多数树都是由您正在处理的数据形成的。
假设你有一个
person包含某人详细信息的类parents, ，您宁愿将树结构作为“域类”的一部分，还是使用包含指向您对象的链接的单独的树类？考虑一个简单的操作，例如获取所有grandchildren的一个person, ，该代码应该在person类，或者应该的用户person课堂必须知道单独的树类吗？
另一个例子是编译器中的解析树......
这两个例子表明树的概念是 领域 数据并使用单独的通用树至少会使创建的对象数量增加一倍，并使 API 更难再次编程。
我们想要的是一种重用标准树操作的方法，而不必为所有树重新实现它们，同时也不必使用标准树类。Boost 已尝试为 C++ 解决此类问题，但我尚未看到 .NET 的适应效果。
我使用上面的 NTree 类添加了完整的解决方案和示例，还添加了“AddChild”方法...
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;
}
}
使用
NTree<KeyValuePair<string, string>> ret = null;
tree.Traverse(tree, DelegateMethod, node["categoryId"].InnerText, ref ret);
这是我对 BST 的实现
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();
}
}
如果您需要使用较少内存的有根树数据结构实现，您可以按如下方式编写 Node 类（C++ 实现）：
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
}
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