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

三元搜索树是一种特殊的前缀树，它的每个节点有三个指针：left，mid，right。与前缀树相同的是，三元搜索树可以用于高效地实现字符串查找和前缀匹配。

如何实现文本自动完成功能

文本自动完成功能的本质是将用户输入的前缀匹配到尽可能多的可能的单词，并返回给用户以供选择。三元搜索树可以非常方便地实现这个功能。

添加单词

假设我们有一个单词列表，我们可以使用三元搜索树来建立这个列表的索引。具体地，我们对于单词列表中的每个单词，从根节点开始遍历三元搜索树，根据单词中的字符决定当前节点的指针。如果当前节点不存在，我们就新建一个节点。当遍历到单词的结尾时，我们将当前节点标记为单词的结尾。

对于单词列表中的每个单词，我们都采用上述的方法来建立索引。代码实现如下所示：

class TSTNode:
    def __init__(self, char, is_end=False):
        self.char = char
        self.is_end = is_end
        self.left = None
        self.mid = None
        self.right = None

class TernarySearchTree:
    def __init__(self):
        self.root = None

    def add_word(self, word):
        self.root = self._add_word(self.root, word, 0)

    def _add_word(self, node, word, index):
        if node is None:
            node = TSTNode(word[index])
        if word[index] < node.char:
            node.left = self._add_word(node.left, word, index)
        elif word[index] > node.char:
            node.right = self._add_word(node.right, word, index)
        elif index < len(word) - 1:
            node.mid = self._add_word(node.mid, word, index + 1)
        else:
            node.is_end = True
        return node

查找匹配的单词

对于用户输入的前缀，我们可以从根节点开始遍历三元搜索树，根据输入的字符决定当前节点的指针。当遍历到前缀的结尾时，我们就找到了前缀所对应的节点。我们可以在该节点的子树中找到所有以该节点为根节点的单词，并将它们保存下来。代码实现如下所示：

class TernarySearchTree:
    def search(self, prefix):
        node = self._get_node(self.root, prefix, 0)
        if node is None:
            return []
        words = []
        if node.is_end:
            words.append(prefix)
        self._collect_words(node.mid, prefix, words)
        return words

    def _get_node(self, node, prefix, index):
        if node is None:
            return None
        if prefix[index] < node.char:
            return self._get_node(node.left, prefix, index)
        elif prefix[index] > node.char:
            return self._get_node(node.right, prefix, index)
        elif index < len(prefix) - 1:
            return self._get_node(node.mid, prefix, index + 1)
        else:
            return node

    def _collect_words(self, node, prefix, words):
        if node is None:
            return
        self._collect_words(node.left, prefix, words)
        if node.is_end:
            words.append(prefix + node.char)
        self._collect_words(node.mid, prefix + node.char, words)
        self._collect_words(node.right, prefix, words)

总结

三元搜索树是一种非常方便的数据结构，可以用于高效地实现字符串查找和前缀匹配。在实现文本自动完成功能时，我们可以使用三元搜索树来建立单词列表的索引，并快速地查找与用户输入的前缀匹配的单词。