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LeetCode-Add and Search Word - Data structure design

2015-11-15 12:47 330 查看

题目链接：

https://leetcode.com/problems/add-and-search-word-data-structure-design/

题目非常直白，并没有什么拐弯抹角的地方，本身就是设计一个字典查询功能，可以实现简单的插入和搜索功能。

开始时，本不想设计太复杂的算法，心想用C++中的set集合或者map集合就可以。通过集合存储，查询时如果word中不包含

，那么直接查找返回即可时间O(1)；如果包含

，就需要依次遍历字典中的word，查看是否正确匹配，时间O(n*m)，其中n为字典中单词的个数，m为查询word的长度。

/**
*   Description: https://leetcode.com/problems/add-and-search-word-data-structure-design/ *        Author: zhaoxiaohui
*          Site: zhaoxiaohui.sinaapp.com
*          Date: 2015-11-15
*/
class WordDictionary {
public:
set<string> words;
// Adds a word into the data structure.
void addWord(string word) {
words.insert(word);
}
bool match_one(const char *word1, const char *word2) {
while (word1 && word2) {
if (*word1 != *word2) {
return false;
}
word1++;
word2++;
}
return true;
}
bool match(string &word, set<string> &words) {
for (set<string>::iterator it =  words.begin(); it != words.end(); it++) {
if (word.length() != it->length()) {
continue;
}
if (match_one(word.c_str(), it->c_str())) {
return true;
}
}
return false;
}
// Returns if the word is in the data structure. A word could
// contain the dot character '.' to represent any one letter.
bool search(string word) {
if (words.find(word) == words.end()) {
if (word.find(".") != string::npos && match(word, words)) {
return true;
}
return false;
}
return true;
}
};

// Your WordDictionary object will be instantiated and called as such:
// WordDictionary wordDictionary;
// wordDictionary.addWord("word");
// wordDictionary.search("pattern");

当然可想而知，上面的代码超时了，所以人就不应该偷懒，即使set本身就是使用红黑树实现的，但是当包含

点算法明显退化了

首先我们看可以改进的地方，插入暂且不论，因为插入是为了搜索服务的，从搜索入手。

如果字典中包含：

abc

ab

abde

而查询单词为：

abe

如果使用第一种方式，我们话费的时间是 3 * 3 = 9 次比较，但是如果我们仔细观察，发现在9次比较中，前两个字符的比较就占用了2 * 3 = 6 次，占用了2/3的时间，而有效比较也就是e != c

e != ''

e!= d
只有3次，那么我们可不可以将字典中出现的公共部分合并呢，这样我们查询时，只要查询一次，等到分叉的时候比较不同的即可，这样是不是就产生一种树形的结构了呢？

这种结构就叫做trie树

具体trie树的结构是什么样子的，大家可以随意百度一下，在数据结构中都有讲解，这里不在赘述，代码如下

/**
*   Description: https://leetcode.com/problems/add-and-search-word-data-structure-design/ *        Author: zhaoxiaohui
*          Site: zhaoxiaohui.sinaapp.com
*          Date: 2015-11-15
*/

struct TrieNode {
TrieNode *children[26];
string word;
TrieNode() {
memset(children, 0, sizeof(TrieNode *) * 26);
word = "";
}
};

class WordDictionary {
public:
TrieNode *root;
WordDictionary() {
root = new TrieNode();
}
// Adds a word into the data structure.
void addWord(string word) {
const char *str = word.c_str();
TrieNode *cur_node = root;
while(*str) {
if (cur_node->children[*str - 'a'] == NULL) {
cur_node->children[*str - 'a'] = new TrieNode();
}
cur_node = cur_node->children[*str - 'a'];
str++;
}
cur_node->word = word;
}
bool match(const char *str, int deep, int len, TrieNode *cur_node) {
if (deep == len) {
return !cur_node->word.empty();
}
if (*str != '.') {
return cur_node->children[*str - 'a'] && match(str + 1, deep + 1, len, cur_node->children[*str - 'a']);
} else {
for (int i = 0; i < 26; i++) {
if (cur_node->children[i] && match(str + 1, deep + 1, len, cur_node->children[i])) {
return true;
}
}
return false;
}
}
// Returns if the word is in the data structure. A word could
// contain the dot character '.' to represent any one letter.
bool search(string word) {
return match(word.c_str(), 0, word.length(), root);
}
};

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