如何使用三元搜索树实现文本自动完成功能

什么是三元搜索树？

三元搜索树是一种基于有序字符串集合的数据结构。它类似于二叉搜索树，但不同的是每个节点有三个指针，一个指向左子树，一个指向右子树，还有一个指向中间的子树。在每个节点的中间子树中存储一个字符，使得从根节点到任何一个节点的字符序列就是这个节点表示的字符串。

三元搜索树不仅可以用于字符串的存储和搜索，还可以用于实现文本自动完成功能。

如何使用三元搜索树实现文本自动完成功能？

下面是一个基于三元搜索树的文本自动完成功能的Python实现。

class Node:
    """
    三元搜索树的节点类
    """
    def __init__(self, char=None, value=None):
        self.char = char      # 当前节点存储的字符
        self.value = value    # 与该节点相关的值
        self.left = None      # 左子树
        self.mid = None       # 中间子树
        self.right = None     # 右子树


class TST:
    """
    三元搜索树类
    """
    def __init__(self):
        self.root = None     # 根节点

    def put(self, key, value):
        """
        向三元搜索树中插入一个键值对
        """
        self.root = self._put(self.root, key, value, 0)

    def _put(self, node, key, value, d):
        """
        递归函数，向指定节点的子树中插入键值对
        """
        if node is None:
            node = Node(key[d])
        if key[d] < node.char:
            node.left = self._put(node.left, key, value, d)
        elif key[d] > node.char:
            node.right = self._put(node.right, key, value, d)
        elif d < len(key) - 1:
            node.mid = self._put(node.mid, key, value, d+1)
        else:
            node.value = value
        return node

    def get(self, key):
        """
        查找三元搜索树中是否存在指定键的映射关系
        """
        node = self._get(self.root, key, 0)
        if node is None:
            return None
        return node.value
        
    def _get(self, node, key, d):
        """
        递归函数，从指定节点的子树中查找指定键的映射关系
        """
        if node is None:
            return None
        if key[d] < node.char:
            return self._get(node.left, key, d)
        elif key[d] > node.char:
            return self._get(node.right, key, d)
        elif d < len(key) - 1:
            return self._get(node.mid, key, d+1)
        else:
            return node

    def autocomplete(self, prefix):
        """
        查找所有以指定前缀开头的字符串
        """
        results = []
        node = self._get(self.root, prefix, 0)
        if node is None:
            return results
        if node.value is not None:
            results.append((prefix, node.value))
        self._collect(node.mid, prefix, results)
        return results

    def _collect(self, node, prefix, results):
        """
        递归函数，收集与指定前缀匹配的所有字符串
        """
        if node is None:
            return
        self._collect(node.left, prefix, results)
        if node.value is not None:
            results.append((prefix + node.char, node.value))
        self._collect(node.mid, prefix + node.char, results)
        self._collect(node.right, prefix, results)

这个类中实现了三个方法：put、get和autocomplete。

• put方法用于向三元搜索树中插入一个键值对。

• get方法用于查找三元搜索树中是否存在指定键的映射关系。

• autocomplete方法用于查找所有以指定前缀开头的字符串。

下面是一个示例程序，可以使用这个类来实现文本自动完成功能。

# 示例程序
tst = TST()
tst.put('apple', 'a kind of fruit')
tst.put('app', 'a mobile application')
tst.put('banana', 'a kind of fruit')
tst.put('peach', 'a kind of fruit')

prefix = 'app'
results = tst.autocomplete(prefix)
print('Results for prefix:', prefix)
for result in results:
    print(result)

输出结果：

Results for prefix: app
('app', 'a mobile application')
('apple', 'a kind of fruit')

这个程序会输出所有以前缀app开头的字符串以及与它们相关的值。可以看到，它输出了两个字符串app和apple，它们分别与'a mobile application'和'a kind of fruit'相关联。