PTA习题解析——目录树

Posted 2021-03-01 linfangnan

目录

• 目录树
• 样例模拟
• 结点结构体定义
• 建树算法
  • 字符串切片算法
    • 伪代码
    • 代码实现
    • 调试结果
  • 伪代码
  • 代码实现
• 结点插入算法
  • 伪代码
  • 代码实现
• 打印目录树
• 主函数
• 测试样例
  • 输入样例
  • 输出样例

目录树

看到这个问题，我们是一头雾水啊，这讲了个啥？别急，让我们用测试样例模拟一遍。

样例模拟

首先我们先考虑存储数据的方式，根据观察和我们对文件夹的理解，对于一个文件夹而言，与其他文件或文件夹只会有 2 种关系——和我在同一目录、在我的目录，也就是只有同级和下级两种关系。因此我们就很自然地想到孩子兄弟表示法，因为在孩子兄弟对于一个结点也只会有 2 种关系——孩子和兄弟，那我们就用孩子表示在下级目录，兄弟表示在同级目录。

首先我们拥有一个根目录 root，读取第一行数据，表示根目录有个名为 b 的文件，是 root 的孩子，因此根据孩子兄弟表示法，b 应该是 root 的左分支结点。

读取第二行数据，在根目录中有个 c 目录。因此 c 目录是 root 的孩子，并且与 b 文件同级，也就是互为兄弟关系，进行结点的加入。

读取第三行数据，在根目录中有个 ab 目录，并在这个目录下有个 cd 文件。因此 ab 目录是 root 的孩子，并且与 c 目录同级，也就是互为兄弟关系，同时 ab 目录有个左分支 cd，进行结点的加入。

读取第四行数据，在根目录中有个 a 目录，并在这个目录下有个 bc 文件。因此 a 目录是 root 的孩子，并且与 ab 目录同级，也就是互为兄弟关系，同时 a 目录有个左分支 bc，进行结点的加入。

读取第五行数据，在 ab 目录下有个 d 文件。由于 ab 已经存在，因此 d 与 cd 互为兄弟关系，修改 ab 的孩子为 d，d 的兄弟为 cd,进行结点的加入。

重复上述操作完成建树。


把这棵树整理成二叉树的形式。

我们按照前序遍历的顺序读一下这课树，发现在忽略缩进的情况下，读取的顺序和样例的输出数据是一模一样啊，也就是说，只要把这棵树建出来，这个情景我们就解决了。在应用的时候，我们应当积极地考虑使用孩子兄弟表示法建树，因为这种方法建立的是二叉树，我们就可以用二叉树的基操来操作这棵树。

结点结构体定义

typedef struct CSNode
{
    string data;    //数据域
    struct CSNode* firstchild;    //指向对应长子结点的指针域
    struct CSNode* rightsib;    //指向对应右兄弟结点的指针域
    int flag_file;    //判断是文件还是目录的 flag
}CSNode, * CSTree;

• 此处为什么用 int 类型来当 flag 而不是 bool 类型呢？这是因为改为 int 类型，相当于直接赋予优先级，判断插入位置时直接在同优先级的结点进行查找即可。

建树算法

字符串切片算法

切片算法可以用字符数组实现，也可以用 string 类实现，此处我用字符数组描述。由于我们读入的数据是字符串，因此我们需要先把各个目录分离开来。需要注意的是，虽然文件是特殊数据，但是文件只会出现在字符串串尾，因此只需要一个分支结构单独处理即可。

伪代码

需要强调的是，string?类用来判断字典序和复制操作都可以直接用运算符实现，更为方便。

代码实现

调试结果

伪代码

建树算法只需要再字符串切片算法进行改动即可，把输出语句改为调用结点插入函数即可实现。

代码实现

void createTree(CSTree pre, string str)
{
    int idx = 0;

    getline(cin, str);
    for (int i = 0; i < str.size(); i++)
    {
        if (str[i] == ‘‘)    //注意用反义字符，不然会报错
        {                              //只要不在串尾，只会是目录
            pre = insertNode(pre, str.substr(idx, i - idx), 1);
            idx = i + 1;    //移动字符串到下一个目录，即 ‘‘ 之后
        }
    }
    if (idx < str.size())    //文件只出现在字符串尾
    {
        pre = insertNode(pre, str.substr(idx, str.size() - idx), 0);
    }
}

结点插入算法

该算法的目的是向一个树结构中，在正确的位置插入新结点，是解决这个问题的核心。这里要强调一下返回值的重要性，如果不设置返回值，而是把目录引用进去，那么回到调用函数的时候需要自行将指针移动到当前目录，更为繁琐，好的解法是将插入后的接点作为所在的目录，以此为返回值返回函数调用的位置。容易出错的地方是若插入位置是目录的长子结点的话，直接通过前驱指针的后继来操作会插在错误位置导致断链，因此需要设置当前位置指针和前驱指针，就可以规避这个问题。

伪代码

代码实现

CSTree insertNode(CSTree t, string str, int flag)    //解决问题的核心
{
    CSTree a_node = new CSNode;
    CSTree pre = t, ptr;

    a_node->data = str;    //初始化新结点
    a_node->firstchild = a_node->rightsib = NULL;
    a_node->flag_file = flag;

    if (t->firstchild == NULL)    //所在目录没孩子，直接插入结点
    {
        t->firstchild = a_node;
        return t->firstchild;
    }

    ptr = t->firstchild;    //由于根结点本身插入时，是插在长子位，因此另外设置 pre 当前驱结点，ptr 当 pre 的后继
    while (ptr != NULL && ((ptr->flag_file > a_node->flag_file) || (ptr->flag_file == a_node->flag_file && str > ptr->data)))
    {
        pre = ptr;
        ptr = ptr->rightsib;    //同时移动 ptr 和其前驱，这么做的好处是不需要考虑长子结点和兄弟结点的关系
    }

    //要先判空，不然有段错误
    if (ptr == NULL)    //无处可插入，插在链尾
    {
        a_node->rightsib = pre->rightsib;
        pre->rightsib = a_node;
        return a_node;    //接下来以 a_node 为根目录操作
    }
    else if (ptr->data == a_node->data && ptr->flag_file == a_node->flag_file)    //目录或文件已存在(之前因为这个出了 bug)
    {
        delete a_node;    //把申请的新结点打掉
        return ptr;    //接下来在已有的 ptr 目录下操作
    }
    else    //找到了应该插入的位置
    {
        if (pre->data == t->data)    //插在根目录的长子位
        {
            a_node->rightsib = pre->firstchild;
            pre->firstchild = a_node;
        }
        else    //正常插入
        {
            a_node->rightsib = pre->rightsib;
            pre->rightsib = a_node;
        }
        return a_node;    //接下来以 a_node 为根目录操作
    }
}

打印目录树

我们已经知道输出结点的顺序就是先序遍历二叉树的顺序，因此我们只需要添加个缩进的机制就能实现。

void PreOrderTraverse(CSTree T, int space)
{                                 //因为要输出空格，稍微改装遍历算法
    if (T == NULL)
        return;
    for (int i = 0; i < space; i++)
    {
        cout << " ";
    }
    cout << T->data << endl;    //前序遍历
    PreOrderTraverse(T->firstchild, space + 2);    //下一层多两个空格
    PreOrderTraverse(T->rightsib, space);    //兄弟结点不需要多空格
}

主函数

测试样例

输入样例

15
b
cabcd
ac
abd
ada
adzbc
abcde
acf
abdg
adah
adz

输出样例

root
  a
    bc
      f
    d
      a
        h
      z
      a
      z
    bc
  ab
    cd
      e
    d
      g
    cd
    d
  b
  c
  b
  c