Structure des données arborescentes en C #

Je cherchais une structure de données arborescente ou graphique en C # mais je suppose qu'il n'y en a pas une fournie. Un examen approfondi des structures de données à l'aide de C # 2.0 explique un peu pourquoi. Existe-t-il une bibliothèque pratique couramment utilisée pour fournir cette fonctionnalité? Peut-être grâce à un modèle de stratégie pour résoudre les problèmes présentés dans l'article.

Je me sens un peu idiot d'implémenter mon propre arbre, tout comme j'implémenterais ma propre ArrayList.

Je veux juste un arbre générique qui peut être déséquilibré. Pensez à une arborescence de répertoires. C5 semble astucieux, mais leurs structures arborescentes semblent être mises en œuvre comme des arbres rouges-noirs équilibrés mieux adaptés à la recherche qu'à la représentation d'une hiérarchie de nœuds.

Mon meilleur conseil serait qu'il n'y ait pas de structure de données arborescente standard car il y a tellement de façons de l'implémenter qu'il serait impossible de couvrir toutes les bases avec une seule solution. Plus une solution est spécifique, moins elle est applicable à un problème donné. Je m'énerve même avec LinkedList - et si je veux une liste chaînée circulaire?

La structure de base que vous devrez implémenter sera une collection de nœuds, et voici quelques options pour vous aider à démarrer. Supposons que la classe Node est la classe de base de la solution entière.

Si vous avez uniquement besoin de naviguer dans l'arborescence, une classe Node a besoin d'une liste d'enfants.

Si vous devez naviguer dans l'arborescence, la classe Node a besoin d'un lien vers son nœud parent.

Construisez une méthode AddChild qui prend en charge toutes les minuties de ces deux points et toute autre logique métier qui doit être implémentée (limites enfants, tri des enfants, etc.)

delegate void TreeVisitor<T>(T nodeData);

class NTree<T>
{
    private T data;
    private LinkedList<NTree<T>> children;

    public NTree(T data)
    {
         this.data = data;
        children = new LinkedList<NTree<T>>();
    }

    public void AddChild(T data)
    {
        children.AddFirst(new NTree<T>(data));
    }

    public NTree<T> GetChild(int i)
    {
        foreach (NTree<T> n in children)
            if (--i == 0)
                return n;
        return null;
    }

    public void Traverse(NTree<T> node, TreeVisitor<T> visitor)
    {
        visitor(node.data);
        foreach (NTree<T> kid in node.children)
            Traverse(kid, visitor);
    }
}

Implémentation récursive simple ... <40 lignes de code ... Vous avez juste besoin de garder une référence à la racine de l'arbre en dehors de la classe, ou de l'envelopper dans une autre classe, peut-être renommer TreeNode ??

Voici le mien, qui est très similaire à celui d' Aaron Gage , un peu plus conventionnel à mon avis. Pour mes besoins, je n'ai rencontré aucun problème de performance avec List<T>. Il serait assez facile de passer à une LinkedList si nécessaire.

namespace Overby.Collections
{
    public class TreeNode<T>
    {
        private readonly T _value;
        private readonly List<TreeNode<T>> _children = new List<TreeNode<T>>();

        public TreeNode(T value)
        {
            _value = value;
        }

        public TreeNode<T> this[int i]
        {
            get { return _children[i]; }
        }

        public TreeNode<T> Parent { get; private set; }

        public T Value { get { return _value; } }

        public ReadOnlyCollection<TreeNode<T>> Children
        {
            get { return _children.AsReadOnly(); }
        }

        public TreeNode<T> AddChild(T value)
        {
            var node = new TreeNode<T>(value) {Parent = this};
            _children.Add(node);
            return node;
        }

        public TreeNode<T>[] AddChildren(params T[] values)
        {
            return values.Select(AddChild).ToArray();
        }

        public bool RemoveChild(TreeNode<T> node)
        {
            return _children.Remove(node);
        }

        public void Traverse(Action<T> action)
        {
            action(Value);
            foreach (var child in _children)
                child.Traverse(action);
        }

        public IEnumerable<T> Flatten()
        {
            return new[] {Value}.Concat(_children.SelectMany(x => x.Flatten()));
        }
    }
}

Encore une autre structure arborescente:

public class TreeNode<T> : IEnumerable<TreeNode<T>>
{

    public T Data { get; set; }
    public TreeNode<T> Parent { get; set; }
    public ICollection<TreeNode<T>> Children { get; set; }

    public TreeNode(T data)
    {
        this.Data = data;
        this.Children = new LinkedList<TreeNode<T>>();
    }

    public TreeNode<T> AddChild(T child)
    {
        TreeNode<T> childNode = new TreeNode<T>(child) { Parent = this };
        this.Children.Add(childNode);
        return childNode;
    }

    ... // for iterator details see below link
}

Exemple d'utilisation:

TreeNode<string> root = new TreeNode<string>("root");
{
    TreeNode<string> node0 = root.AddChild("node0");
    TreeNode<string> node1 = root.AddChild("node1");
    TreeNode<string> node2 = root.AddChild("node2");
    {
        TreeNode<string> node20 = node2.AddChild(null);
        TreeNode<string> node21 = node2.AddChild("node21");
        {
            TreeNode<string> node210 = node21.AddChild("node210");
            TreeNode<string> node211 = node21.AddChild("node211");
        }
    }
    TreeNode<string> node3 = root.AddChild("node3");
    {
        TreeNode<string> node30 = node3.AddChild("node30");
    }
}

BONUS
Voir l'arbre à part entière avec:

• itérateur
• recherche
• Java / C #

https://github.com/gt4dev/yet-another-tree-structure

La bibliothèque de collections génériques C5, généralement excellente, possède plusieurs structures de données arborescentes différentes, y compris des ensembles, des sacs et des dictionnaires. Le code source est disponible si vous souhaitez étudier leurs détails d'implémentation. (J'ai utilisé des collections C5 dans le code de production avec de bons résultats, même si je n'ai utilisé aucune des arborescences spécifiquement.)

Voir http://quickgraph.codeplex.com/

QuickGraph fournit des infrastructures de données et des algorithmes génériques de graphes dirigés / non dirigés pour .Net 2.0 et versions ultérieures. QuickGraph est livré avec des algorithmes tels que la profondeur de la première recherche, la recherche du premier souffle, la recherche A *, le chemin le plus court, le chemin le plus court k, le débit maximal, l'arbre minimal, les ancêtres les moins courants, etc. QuickGraph prend en charge MSAGL, GLEE et Graphviz pour rendre les graphes, la sérialisation en GraphML, etc ...

Si vous souhaitez écrire le vôtre, vous pouvez commencer par ce document en six parties détaillant l'utilisation efficace des structures de données C # 2.0 et comment analyser votre implémentation des structures de données en C #. Chaque article contient des exemples et un programme d'installation avec des exemples que vous pouvez suivre.

«Un examen approfondi des structures de données à l'aide de C # 2.0» par Scott Mitchell

J'ai une petite extension aux solutions.

En utilisant une déclaration générique récursive et une sous-classe dérivée, vous pouvez mieux vous concentrer sur votre cible réelle.

Remarquez, c'est différent d'une implémentation non générique, vous n'avez pas besoin de transtyper 'node' dans 'NodeWorker'.

Voici mon exemple:

public class GenericTree<T> where T : GenericTree<T> // recursive constraint  
{
  // no specific data declaration  

  protected List<T> children;

  public GenericTree()
  {
    this.children = new List<T>();
  }

  public virtual void AddChild(T newChild)
  {
    this.children.Add(newChild);
  }

  public void Traverse(Action<int, T> visitor)
  {
    this.traverse(0, visitor);
  }

  protected virtual void traverse(int depth, Action<int, T> visitor)
  {
    visitor(depth, (T)this);
    foreach (T child in this.children)
      child.traverse(depth + 1, visitor);
  }
}

public class GenericTreeNext : GenericTree<GenericTreeNext> // concrete derivation
{
  public string Name {get; set;} // user-data example

  public GenericTreeNext(string name)
  {
    this.Name = name;
  }
}

static void Main(string[] args)  
{  
  GenericTreeNext tree = new GenericTreeNext("Main-Harry");  
  tree.AddChild(new GenericTreeNext("Main-Sub-Willy"));  
  GenericTreeNext inter = new GenericTreeNext("Main-Inter-Willy");  
  inter.AddChild(new GenericTreeNext("Inter-Sub-Tom"));  
  inter.AddChild(new GenericTreeNext("Inter-Sub-Magda"));  
  tree.AddChild(inter);  
  tree.AddChild(new GenericTreeNext("Main-Sub-Chantal"));  
  tree.Traverse(NodeWorker);  
}  

static void NodeWorker(int depth, GenericTreeNext node)  
{                                // a little one-line string-concatenation (n-times)
  Console.WriteLine("{0}{1}: {2}", String.Join("   ", new string[depth + 1]), depth, node.Name);  
}  

Voici le mien:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var tree = new Tree<string>()
            .Begin("Fastfood")
                .Begin("Pizza")
                    .Add("Margherita")
                    .Add("Marinara")
                .End()
                .Begin("Burger")
                    .Add("Cheese burger")
                    .Add("Chili burger")
                    .Add("Rice burger")
                .End()
            .End();

        tree.Nodes.ForEach(p => PrintNode(p, 0));
        Console.ReadKey();
    }

    static void PrintNode<T>(TreeNode<T> node, int level)
    {
        Console.WriteLine("{0}{1}", new string(' ', level * 3), node.Value);
        level++;
        node.Children.ForEach(p => PrintNode(p, level));
    }
}

public class Tree<T>
{
    private Stack<TreeNode<T>> m_Stack = new Stack<TreeNode<T>>();

    public List<TreeNode<T>> Nodes { get; } = new List<TreeNode<T>>();

    public Tree<T> Begin(T val)
    {
        if (m_Stack.Count == 0)
        {
            var node = new TreeNode<T>(val, null);
            Nodes.Add(node);
            m_Stack.Push(node);
        }
        else
        {
            var node = m_Stack.Peek().Add(val);
            m_Stack.Push(node);
        }

        return this;
    }

    public Tree<T> Add(T val)
    {
        m_Stack.Peek().Add(val);
        return this;
    }

    public Tree<T> End()
    {
        m_Stack.Pop();
        return this;
    }
}

public class TreeNode<T>
{
    public T Value { get; }
    public TreeNode<T> Parent { get; }
    public List<TreeNode<T>> Children { get; }

    public TreeNode(T val, TreeNode<T> parent)
    {
        Value = val;
        Parent = parent;
        Children = new List<TreeNode<T>>();
    }

    public TreeNode<T> Add(T val)
    {
        var node = new TreeNode<T>(val, this);
        Children.Add(node);
        return node;
    }
}

Production:

Fastfood
   Pizza
      Margherita
      Marinara
   Burger
      Cheese burger
      Chili burger
      Rice burger

Essayez cet exemple simple.

public class TreeNode<TValue>
{
    #region Properties
    public TValue Value { get; set; }
    public List<TreeNode<TValue>> Children { get; private set; }
    public bool HasChild { get { return Children.Any(); } }
    #endregion
    #region Constructor
    public TreeNode()
    {
        this.Children = new List<TreeNode<TValue>>();
    }
    public TreeNode(TValue value)
        : this()
    {
        this.Value = value;
    }
    #endregion
    #region Methods
    public void AddChild(TreeNode<TValue> treeNode)
    {
        Children.Add(treeNode);
    }
    public void AddChild(TValue value)
    {
        var treeNode = new TreeNode<TValue>(value);
        AddChild(treeNode);
    }
    #endregion
}

Je crée une classe Node qui pourrait être utile pour d'autres personnes. La classe a des propriétés comme:

• Les enfants
• Les ancêtres
• Descendance
• Fratrie
• Niveau du nœud
• Parent
• Racine
• Etc.

Il y a aussi la possibilité de convertir une liste plate d'éléments avec un Id et un ParentId en arbre. Les nœuds contiennent une référence à la fois aux enfants et au parent, ce qui rend l'itération des nœuds assez rapide.

Parce qu'il n'est pas mentionné, je voudrais que vous attiriez l'attention sur la base de code .net maintenant publiée: spécifiquement le code pour un SortedSet qui implémente un Red-Black-Tree:

https://github.com/Microsoft/referencesource/blob/master/System/compmod/system/collections/generic/sortedset.cs

Il s'agit cependant d'une structure arborescente équilibrée. Donc ma réponse est plus une référence à ce que je crois être la seule arborescence native de la bibliothèque de base .net.

J'ai complété le code que @Berezh a partagé.

  public class TreeNode<T> : IEnumerable<TreeNode<T>>
    {

        public T Data { get; set; }
        public TreeNode<T> Parent { get; set; }
        public ICollection<TreeNode<T>> Children { get; set; }

        public TreeNode(T data)
        {
            this.Data = data;
            this.Children = new LinkedList<TreeNode<T>>();
        }

        public TreeNode<T> AddChild(T child)
        {
            TreeNode<T> childNode = new TreeNode<T>(child) { Parent = this };
            this.Children.Add(childNode);
            return childNode;
        }

        public IEnumerator<TreeNode<T>> GetEnumerator()
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return (IEnumerator)GetEnumerator();
        }
    }
    public class TreeNodeEnum<T> : IEnumerator<TreeNode<T>>
    {

        int position = -1;
        public List<TreeNode<T>> Nodes { get; set; }

        public TreeNode<T> Current
        {
            get
            {
                try
                {
                    return Nodes[position];
                }
                catch (IndexOutOfRangeException)
                {
                    throw new InvalidOperationException();
                }
            }
        }


        object IEnumerator.Current
        {
            get
            {
                return Current;
            }
        }


        public TreeNodeEnum(List<TreeNode<T>> nodes)
        {
            Nodes = nodes;
        }

        public void Dispose()
        {
        }

        public bool MoveNext()
        {
            position++;
            return (position < Nodes.Count);
        }

        public void Reset()
        {
            position = -1;
        }
    }

Voici un arbre

public class Tree<T> : List<Tree<T>>
{
    public  T Data { get; private set; }

    public Tree(T data)
    {
        this.Data = data;
    }

    public Tree<T> Add(T data)
    {
        var node = new Tree<T>(data);
        this.Add(node);
        return node;
    }
}

Vous pouvez même utiliser des initialiseurs:

    var tree = new Tree<string>("root")
    {
        new Tree<string>("sample")
        {
            "console1"
        }
    };

La plupart des arbres sont formés par les données que vous traitez.

Supposons que vous ayez une personclasse qui inclut les détails de quelqu'un parents, préféreriez-vous que la structure arborescente fasse partie de votre «classe de domaine», ou utilisez une classe arborescente distincte contenant des liens vers vos objets personne? Pensez à une opération simple comme obtenir tous les éléments grandchildrend'un person, ce code doit-il être dans la person classe, ou l'utilisateur de la personclasse doit-il connaître une classe d'arborescence distincte?

Un autre exemple est un arbre d'analyse dans un compilateur…

Ce que ces deux exemples montrent, c'est que le concept d'arbre fait partie du domaine des données et que l'utilisation d'une arborescence à usage général distincte au moins double le nombre d'objets qui sont créés et rend l'API plus difficile à programmer à nouveau.

Ce que nous voulons, c'est un moyen de réutiliser les opérations d'arbre standard, sans avoir à les réimplémenter pour tous les arbres, tout en n'ayant pas à utiliser une classe d'arbre standard. Boost a essayé de résoudre ce type de problème pour C ++, mais je n'ai encore vu aucun effet pour .NET s'adapter.

J'ai ajouté une solution complète et un exemple en utilisant la classe NTree ci-dessus, j'ai également ajouté la méthode "AddChild" ...

    public class NTree<T>
    {
        public T data;
        public LinkedList<NTree<T>> children;

        public NTree(T data)
        {
            this.data = data;
            children = new LinkedList<NTree<T>>();
        }

        public void AddChild(T data)
        {
            var node = new NTree<T>(data) { Parent = this };
            children.AddFirst(node);
        }

        public NTree<T> Parent { get; private set; }

        public NTree<T> GetChild(int i)
        {
            foreach (NTree<T> n in children)
                if (--i == 0)
                    return n;
            return null;
        }

        public void Traverse(NTree<T> node, TreeVisitor<T> visitor, string t, ref NTree<T> r)
        {
            visitor(node.data, node, t, ref r);
            foreach (NTree<T> kid in node.children)
                Traverse(kid, visitor, t, ref r);
        }
    }
    public static void DelegateMethod(KeyValuePair<string, string> data, NTree<KeyValuePair<string, string>> node, string t, ref NTree<KeyValuePair<string, string>> r)
    {
        string a = string.Empty;
        if (node.data.Key == t)
        {
            r = node;
            return;
        }
    }

en utilisant

 NTree<KeyValuePair<string, string>> ret = null;
 tree.Traverse(tree, DelegateMethod, node["categoryId"].InnerText, ref ret);

Voici mon implémentation de BST

class BST
{
    public class Node
    {
        public Node Left { get; set; }
        public object Data { get; set; }
        public Node Right { get; set; }

        public Node()
        {
            Data = null;
        }

        public Node(int Data)
        {
            this.Data = (object)Data;
        }

        public void Insert(int Data)
        {
            if (this.Data == null)
            {
                this.Data = (object)Data;
                return;
            }
            if (Data > (int)this.Data)
            {
                if (this.Right == null)
                {
                    this.Right = new Node(Data);
                }
                else
                {
                    this.Right.Insert(Data);
                }
            }
            if (Data <= (int)this.Data)
            {
                if (this.Left == null)
                {
                    this.Left = new Node(Data);
                }
                else
                {
                    this.Left.Insert(Data);
                }
            }
        }

        public void TraverseInOrder()
        {
            if(this.Left != null)
                this.Left.TraverseInOrder();
            Console.Write("{0} ", this.Data);
            if (this.Right != null)
                this.Right.TraverseInOrder();
        }
    }

    public Node Root { get; set; }
    public BST()
    {
        Root = new Node();
    }
}

Si vous allez afficher cette arborescence sur l'interface graphique, vous pouvez utiliser TreeView et TreeNode . (Je suppose que techniquement, vous pouvez créer un TreeNode sans le mettre sur une interface graphique, mais il a plus de surcharge qu'une simple implémentation TreeNode maison.)

Si vous avez besoin d'une implémentation de structure de données d'arborescence enracinée qui utilise moins de mémoire, vous pouvez écrire votre classe Node comme suit (implémentation C ++):

class Node {
       Node* parent;
       int item; // depending on your needs

       Node* firstChild; //pointer to left most child of node
       Node* nextSibling; //pointer to the sibling to the right
}