具有高效查詢算法的層次結構數據結構

Question

我正在尋找一種數據結構來表示Java中的層次結構類系統。 例如，我有三個班級，大學，專業，學生，他們的關系如下所示。

是否可以使用類似路徑的表達式查詢有效的數據結構？ 例如，如果表達式為CMU / cs / jake，則得到一個名為jake的學生類實例。 據我所知，特里可以做到這一點，還有其他選擇嗎？

Answer 1

如果您的數據適合內存，則可以通過在層次結構的每個節點中放置一Set子代，然后遍歷這些集以確定路徑是否有效來實現此目的。

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);
  }
}

如果您還需要走相反的道路（即，如果您需要雙向層次結構），則可以在每個孩子中放置一Set父母。

這將在平均情況運行O(d)其中d是如果你使用的層次結構的深度HashSets ，而在最壞的情況下O(d * lg(n))其中n是集合的大小，如果你使用TreeSets 。

如果您的數據不適合內存，那么您可能要考慮使用圖形數據庫，例如Neo4j 。

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編輯：可以通過在每個級別使用Map<String, E>來使代碼更通用，而無需擔心類型安全，前提是每個對象都具有唯一的名稱或其他字符串標識符。

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);
  }
}

這具有相同的運行時，具體取決於您使用的是HashMap還是TreeMap 。 該查詢僅由字符串隊列組成； 在層次結構的每個級別上，刪除第一個字符串，查詢Map並返回子節點（如果找到），然后查詢繼續進行到子節點，直到隊列為空（返回true）或未找到節點（返回假）。