LeetCode 208. 实现 Trie (前缀树) 【c++/java详细题解】

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1、题目

你这个学期必须选修 numCourses 门课程,记为 0numCourses - 1

在选修某些课程之前需要一些先修课程。 先修课程按数组 prerequisites 给出,其中 prerequisites[i] = [ai, bi] ,表示如果要学习课程 ai 则 必须 先学习课程 bi

  • 例如,先修课程对 [0, 1] 表示:想要学习课程 0 ,你需要先完成课程 1

请你判断是否可能完成所有课程的学习?如果可以,返回 true ;否则,返回 false

示例 1:


输入:numCourses = 2, prerequisites = [[1,0]]
输出:true
解释:总共有 2 门课程。学习课程 1 之前,你需要完成课程 0 。这是可能的。

示例 2:

输入:numCourses = 2, prerequisites = [[1,0],[0,1]]
输出:false
解释:总共有 2 门课程。学习课程 1 之前,你需要先完成​课程 0 ;并且学习课程 0 之前,你还应先完成课程 1 。这是不可能的。

提示:

  • 1 <= numCourses <= 105
  • 0 <= prerequisites.length <= 5000
  • prerequisites[i].length == 2
  • 0 <= ai, bi < numCourses
  • prerequisites[i] 中的所有课程对 互不相同

2、思路

字典树

字典树,顾名思义,是关于“字典”的一棵树。即:它是对于字典的一种存储方式(所以是一种数据结构而不是算法)。这个词典中的每个“单词”就是从根节点出发一直到某一个目标节点的路径,路径中每条边的字母连起来就是一个单词。

image-20211118195003075.png

标橙色的节点是“目标节点“,即根节点到这个目标节点的路径上的所有字母构成了一个单词。

作用:

  • 1、维护字符串集合 (字典)
  • 2、向字符串集合中插入字符串 (建树)
  • 3、查询字符串集合中是否有某个字符串 (查询)
  • 4、查询字符串集合中是否有某个字符串的前缀 (查询)

具体操作:

定义字典树节点

 struct Node {
     bool is_end;    // 表示是否存在以这个点为结尾的单词
     Node *son[26];  // 26个小写字母子结点
     Node() {        // 初始化
         is_end = false;
         for (int i = 0; i < 26; i ++ )   
             son[i] = NULL;
     }
 }*root;

向字典树中插入一个单词word

从根结点出发,沿着字符串的字符一直往下走,若某一字符不存在,则直接把它创建出来,继续走下去,走完了整个单词,标记最后的位置的is_end = true

 void insert(string word) {
     auto p = root;
     for (auto c: word) {
         int u = c - 'a';
         if (!p->son[u]) p->son[u] = new Node();
         p = p->son[u];
     }
     p->is_end = true;
 }

查找字典树中是否存在单词word

从根结点出发,沿着字符串的字符一直往下走,若某一字符不存在,则直接return false,当很顺利走到最后的位置的时候,判断最后一个位置的is_end即可。

 bool search(string word) {
     auto p = root;
     for (auto c: word) {
         int u = c - 'a';
         if (!p->son[u]) return false;
         p = p->son[u];
     }
     return p->is_end;
 }

查找字典树中是否有以prefix为前缀的单词

从根结点出发,沿着字符串的字符一直往下走,若某一字符不存在,则直接return false,如果顺利走到最后一个位置,则返回true

 bool startsWith(string word) {
     auto p = root;
     for (auto c: word) {
         int u = c - 'a';
         if (!p->son[u]) return false;
         p = p->son[u];
     }
     return true;
 }

时间复杂度分析: O(n),n表示单词操作字符串长度。

3、c++代码

 class Trie {
 public:
     struct Node{
         bool is_end;
         Node *son[26];
         Node(){
             is_end = false;
             for(int i = 0; i < 26; i++)
                 son[i] = NULL;
         }
     }*root;
     Trie() {
         root = new Node();
     }
     
     void insert(string word) {
         auto p = root;
         for(auto c : word){
             int u = c - 'a';
             if(!p->son[u]) p->son[u] = new Node();
             p = p->son[u];
         }
         p->is_end = true;
     }
     
     bool search(string word) {
         auto p = root;
         for(auto c : word){
             int u = c - 'a';
             if(!p->son[u]) return false;
             p = p->son[u];
         }
         return p->is_end;
     }
     
     bool startsWith(string prefix) {
         auto p = root;
         for(auto c : prefix){
             int u = c -'a';
             if(!p->son[u]) return false;
             p = p->son[u];
         }
         return true;
     }
 };
 ​
 /**
  * Your Trie object will be instantiated and called as such:
  * Trie* obj = new Trie();
  * obj->insert(word);
  * bool param_2 = obj->search(word);
  * bool param_3 = obj->startsWith(prefix);
  */