Бинарное дерево Tree<T>

Вашему вниманию предлагается класс, незаменимый при работе с древовидными данными.
Класс реализует все потребности при работе с бинарными деревьями: добавление, хранение, удаление, энумерацию.
Пока страдает описание, но, думаю, это я исправлю в ближайшее время, хотя, для сведущих, полагаю, не составит труда разобраться что к чему.

Что в нашем деле редко, так это — широкая поддержка наследования: поле version является protected (в отличие от System.Collections.Generic.List<T>), также доступны виртуальные методы и события.

C#:Select code
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections.ObjectModel;

namespace UsingsRU.Patterns
{
    /// <summary>
    /// Класс, предназначенный для хранения данных в виде дерева
    /// с произвольным числом ветвлений в каждом узле.
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">Тип данных.</typeparam>
    public class Tree<T> : ICloneable, IEnumerable<Tree<T>>, IEnumerable<T>
    {
        #region Nested classes
        public class TreeItemActionEventArgs : EventArgs
        {
            public readonly Tree<T> TreeItem;

            public TreeItemActionEventArgs(Tree<T> treeItem)
            {
                TreeItem = treeItem;
            }
        }

        public class TreeItemsActionEventArgs : EventArgs
        {
            public readonly IEnumerable<Tree<T>> TreeItems;

            public TreeItemsActionEventArgs(IEnumerable<Tree<T>> treeItems)
            {
                TreeItems = treeItems;
            }
        }

        public class TreeItemBeforeActionEventArgs : TreeItemActionEventArgs
        {
            public bool Cancel;

            public TreeItemBeforeActionEventArgs(Tree<T> treeItem)
                : base(treeItem)
            {
            }
        }

        public class TreeItemsBeforeActionEventArgs : TreeItemsActionEventArgs
        {
            public bool Cancel;

            public TreeItemsBeforeActionEventArgs(List<Tree<T>> treeItem)
                : base(treeItem)
            {
            }
        }
        #endregion


        public Tree<T> Parent { get; private set; }
        public T Value;

        private readonly List<Tree<T>> localChildren;
        protected int version;

        public Tree()
            : this(default(T))
        {
        }

        /// <summary>
        /// Создать корневой узел (Root).
        /// </summary>
        /// <param name="value">Значение узла.</param>
        public Tree(T value)
            : this(null, null, value)
        {
        }

        /// <summary>
        /// Создать корневой узел (Root) и установить список дочерних узлов <c>children</c>.
        /// </summary>
        /// <param name="children">Список дочерних узлов.</param>
        /// <param name="value">Значение узла.</param>
        public Tree(List<Tree<T>> children, T value)
            : this(null, children, value)
        {
        }

        /// <summary>
        /// Создать узел, являющийся потомком узла <c>parent</c>, и установить список дочерних узлов <c>children</c>.
        /// </summary>
        /// <param name="parent">Родительский узел.</param>
        /// <param name="children">Список дочерних узлов.</param>
        /// <param name="value">Значение узла.</param>
        public Tree(Tree<T> parent, List<Tree<T>> children, T value)
        {
            localChildren = children ?? new List<Tree<T>>();
            Value = value;

            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                localChildren[i].Parent = this;

            if (parent != null)
                parent.AddChild(this);
            else
                Parent = null;
        }


        public event EventHandler<TreeItemActionEventArgs> ItemAdded;
        public event EventHandler<TreeItemsActionEventArgs> ItemsAdded;
        public event EventHandler<TreeItemActionEventArgs> ItemRemoving;
        public event EventHandler<TreeItemsActionEventArgs> ItemsRemoving;


        public void Add(Tree<T> child)
        {
            AddChild(child);
        }

        protected virtual void AddChild(Tree<T> child)
        {
            child.Parent = this;
            localChildren.Add(child);
            version++;
            if (ItemAdded != null)
                ItemAdded(this, new TreeItemActionEventArgs(child));
        }

        public void AddRange(IEnumerable<Tree<T>> children)
        {
            AddChildren(children);
        }

        protected virtual void AddChildren(IEnumerable<Tree<T>> children)
        {
            foreach (Tree<T> child in children)
                child.Parent = this;
            localChildren.AddRange(children);
            version++;
            if (ItemsAdded != null)
                ItemsAdded(this, new TreeItemsActionEventArgs(children));
        }

        public bool Remove(Tree<T> child)
        {
            return RemoveChild(child);
        }

        public virtual bool RemoveChild(Tree<T> child)
        {
            TreeItemBeforeActionEventArgs e = new TreeItemBeforeActionEventArgs(child);
            if (ItemRemoving != null)
            {
                ItemRemoving(this, e);
                if (e.Cancel)
                {
                    version++;
                    return false;
                }
            }
            return localChildren.Remove(child);
        }

        public void RemoveRange(int index, int count)
        {
            RemoveChildren(index, count);
        }

        public virtual void RemoveChildren(int index, int count)
        {
            TreeItemsBeforeActionEventArgs e = new TreeItemsBeforeActionEventArgs(localChildren.GetRange(index, count));
            if (ItemsRemoving != null)
            {
                ItemsRemoving(this, e);
                if (e.Cancel)
                {
                    version++;
                    return;
                }
            }
            localChildren.RemoveRange(index, count);
        }


        public Tree<T> this[int index]
        {
            get
            {
                return localChildren[index];
            }
        }


        public ReadOnlyCollection<Tree<T>> Children
        {
            get
            {
                return localChildren.AsReadOnly();
            }
        }

        public Tree<T> Root
        {
            get
            {
                return IsRoot ? this : Parent.Root;
            }
        }

        public bool IsRoot
        {
            get
            {
                return Parent == null;
            }
        }

        public bool HasChildren
        {
            get
            {
                return localChildren.Count != 0;
            }
        }

        public int Level
        {
            get
            {
                return IsRoot ? 0 : Parent.Level + 1;
            }
        }

        public int Length
        {
            get
            {
                int i = 0;
                ForEach(a => i++);
                return i;
            }
        }

        public List<Tree<T>> Parents
        {
            get
            {
                var list = new List<Tree<T>>(Level);
                var current = this;
                while (current.Parent != null)
                {
                    list.Add(Parent);
                    current = current.Parent;
                }
                return list;
            }
        }

        public bool IsChildOf(Tree<T> node)
        {
            var current = this;
            while (current.Parent != null)
            {
                if (current.Parent == node)
                    return true;
                current = current.Parent;
            }
            return false;
        }

        public bool IsParentOf(Tree<T> node)
        {
            return HasChildren && node.IsChildOf(this);
        }

        public void ForEach(Action<Tree<T>> action)
        {
            action(this);
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                localChildren[i].ForEach(action);
        }

        public void ForEach<S>(Action<Tree<T>> action) where S : T
        {
            if (Value is S)
                action(this);
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                if (localChildren[i].Value is S)
                    localChildren[i].ForEach(action);
        }

        public Tree<T> Find(Predicate<Tree<T>> match)
        {
            if (match(this))
                return this;
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
            {
                Tree<T> node = localChildren[i].Find(match);
                if (node != null)
                    return node;
            }
            return null;
        }
        
        public Tree<T> Find(T value)
        {
            return Find(typeof(IEquatable<T>).IsAssignableFrom(typeof(T))
                            ? (Predicate<Tree<T>>) (node => (((IEquatable<T>) node.Value).Equals(value)))
                            : node => (ReferenceEquals(node.Value, value)));
        }


        public List<Tree<T>> FindAll(Predicate<Tree<T>> match)
        {
            List<Tree<T>> items = new List<Tree<T>>();
            if (match(this))
                items.Add(this);
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                items.AddRange(localChildren[i].FindAll(match));
            return items;
        }

        public List<T> FindAll(Predicate<T> match)
        {
            List<T> items = new List<T>();
            if (match(Value))
                items.Add(Value);
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                items.AddRange(localChildren[i].FindAll(match));
            return items;
        }

        public List<S> FindAll<S>() where S : T
        {
            List<S> items = new List<S>();
            if (Value is S)
                items.Add((S)Value);
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                items.AddRange(localChildren[i].FindAll<S>());
            return items;
        }


        #region ICloneable Members

        public object Clone()
        {
            return CloneTree();
        }

        #endregion

        public Tree<T> CloneTree()
        {
            return new Tree<T>(Parent, new List<Tree<T>>(localChildren), Value);
        }

        IEnumerator<T> IEnumerable<T>.GetEnumerator()
        {
            yield return Value;
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                ((IEnumerable<T>)localChildren[i]).GetEnumerator();
        }

        public IEnumerator<Tree<T>> GetEnumerator()
        {
            yield return this;
            for (int i = 0; i < localChildren.Count; i++)
                localChildren[i].GetEnumerator();
        }

        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return GetEnumerator();
        }

    }
}

Удачи!

Обсуждение на форуме: http://usings.ru/forum/viewtopic.php?t=7

admin опубликовано 2009-6-14 Рубрика: Сложные паттерны | Метки: , , ,

3 ответов Оставить комментарий

  1. #1keetotko @ 2011-4-2 16:39 Ответ

    разбираю ваш код.
    и возник вопрос. насколько я понимаю, бинарные деревья — это структуры, в каждом узле которых есть ссылки на левую и правую ветвь, т.е. в каждом узле есть только два «потомка» — левый и правый. по вашему коду получается, что при узел может содержать сколько угодно много непосредственных «потомков».
    Tree T = new Tree(10);
    T.Add(new Tree(5));
    T.Add(new Tree(3));
    T.Add(new Tree(2));

    По приведенному коду выходит, что у дерева T в поле Children лежат три узла. выходит, что дерево не бинарное. или я неправильно что-то понимаю?

    • admin @ 2011-4-3 02:45 Ответ

      Да, Вы правы. На первый взгляд такое дерево — не бинарное. Однако, если мысленно представить коллекцию children в несколько ином виде (например LinkedList) — получится как раз бинарное дерево. По сути, любое дерево без пересечений может быть представлено в виде бинарного (Подробнее: в бинарных деревьях, действительно, у каждого узла есть ссылки на 2 элемента: Sibling и Child. Где Sibling — следующий узел того же уровня, а Child — первый потомок узла. Утверждение, что у каждого узла может быть 2 потомка — без этого уточнения считаю некорректным). Так что можно считать, что так и есть, только поле children служит для предоставления удобного доступа к потомкам узла.
      Надеюсь, я не очень сумбурно объяснил.

  2. #2Артур @ 2012-7-30 13:59 Ответ

    Здравствуйте! Не могли бы закинуть ещё и вывод в консоль всего вашего дерева?:) и объяснить чутка как использовать данный класс! Было бы здорово!
    ps
    код очень красив, мне очень нравится!

Ответить keetotko

Отменить

(Ctrl + Enter)