键值的树枝

简介

键值的树枝（Key-Value Tree，简称KVT）是一种基于树型结构的数据存储方式。KVT结构由键（Key）和值（Value）两部分组成，其中键用于索引值，值则是实际存储的数据。

KVT结构常被用于缓存，配置文件等场景中，因其高效的查找和存储方式，可以大大提高读取数据的速度。

原理

KVT结构由一个根节点（Root）和多个子节点（Node）组成。每个节点都包含了一个键值对。其中根节点没有父节点，而子节点可以有多个父节点。这种父子关系被称为“上级节点”和“下级节点”。

实现

数据结构

为了实现KVT结构，我们需要定义两个数据结构：Node和Tree。Node表示一项数据，包含了一个键和一个值。Tree则表示一棵树，包括了根节点和所有子节点。

class Node:
    def __init__(self, key=None, val=None):
        self.key = key
        self.val = val
        self.parent = None
        self.children = {}

class Tree:
    def __init__(self):
        self.root = Node()

增加 / 删除节点

为了增加一个节点，我们需要指定一个键和一个值，在树上寻找到该键所对应的节点，并在该节点下创建一个新的子节点。

def add_node(self, key, value):
    node = self.get_node(key)
    if node is not None:
        raise KeyError('Key {} already exists'.format(key))
    else:
        node = self.root
        parts = key.split('.')
        for part in parts:
            if part not in node.children:
                node.children[part] = Node(part)
                node.children[part].parent = node
            node = node.children[part]
        node.val = value

删除一个节点需要先检查该节点是否有子节点，如果有则不能直接删除。需要先递归地删除其所有子节点，再删除该节点。

def remove_node(self, key):
    node = self.get_node(key)
    if node is None:
        raise KeyError('Key {} not found'.format(key))
    elif node.children:
        raise ValueError('Node {} has children'.format(key))
    else:
        del node.parent.children[node.key]
        node.parent = None

查找节点

查找一个节点需要从根节点开始，逐层遍历到该节点，以实现快速查找。由于每个节点都知道其父节点，所以可以通过向上遍历的方式查找到根节点。

def get_node(self, key):
    if not key:
        return None
    parts = key.split('.')
    node = self.root
    for part in parts:
        if part in node.children:
            node = node.children[part]
        else:
            return None
    return node

遍历

KVT结构可以通过先序遍历（pre-order traversal）的方式，将树上的所有节点遍历一遍。

def pre_order(self, node=None, depth=0):
    if node is None:
        node = self.root
    print('{}{}: {}'.format(' ' * depth, node.key, node.val))
    for child in node.children.values():
        self.pre_order(child, depth+1)

总结

KVT结构是一种高效的数据存储方式，特别适合于缓存和配置文件等场景。通过实现增加、删除、查找和遍历等操作，我们可以轻松创建一个功能完备的KVT结构。