具有高效查询算法的层次结构数据结构

Question

我正在寻找一种数据结构来表示Java中的层次结构类系统。 例如，我有三个班级，大学，专业，学生，他们的关系如下所示。

是否可以使用类似路径的表达式查询有效的数据结构？ 例如，如果表达式为CMU / cs / jake，则得到一个名为jake的学生类实例。 据我所知，特里可以做到这一点，还有其他选择吗？

Answer 1

如果您的数据适合内存，则可以通过在层次结构的每个节点中放置一Set子代，然后遍历这些集以确定路径是否有效来实现此目的。

class University {
  private Set<Major> majors;
}

class Major {
  private Set<Student> students;
}

class Main {
  // true if the path is valid, else false
  public boolean query(University university, Major major, Student student) {
    return university.getMajors().contains(major) &&
      major.getStudents().contains(student);
  }
}

如果您还需要走相反的道路（即，如果您需要双向层次结构），则可以在每个孩子中放置一Set父母。

这将在平均情况运行O(d)其中d是如果你使用的层次结构的深度HashSets ，而在最坏的情况下O(d * lg(n))其中n是集合的大小，如果你使用TreeSets 。

如果您的数据不适合内存，那么您可能要考虑使用图形数据库，例如Neo4j 。

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编辑：可以通过在每个级别使用Map<String, E>来使代码更通用，而无需担心类型安全，前提是每个对象都具有唯一的名称或其他字符串标识符。

abstract class Hierarchical<E extends Hierarchical> {
  protected final Map<String, E> children;

  public boolean query(Queue<String> query) {
    String key = query.poll();
    if(key != null) {
      E value = map.get(key);
      if(value != null) {
        return query.isEmpty() || value.contains(query);
      }
    }
    return false;
  }
}

class University extends Hierarchical<Major> {}

class Major extends Hierarchical<Student> {}

// special case for the bottom of the hierarchy
class Student extends Hierarchical<Hierarchical> {
  public Student() {
    children = null;
  }

  @Override
  public boolean query(Queue<String> query) {
    throw new UnsupportedOperationException("query should never reach this depth");
  }
}

class Main {
  // true if the path is valid, else false
  public boolean query(Hierarchial root, Queue<String> query) {
    return root.contains(query);
  }
}

这具有相同的运行时，具体取决于您使用的是HashMap还是TreeMap 。 该查询仅由字符串队列组成； 在层次结构的每个级别上，删除第一个字符串，查询Map并返回子节点（如果找到），然后查询继续进行到子节点，直到队列为空（返回true）或未找到节点（返回假）。