C＃のツリーデータ構造

C＃でツリーまたはグラフのデータ構造を探していましたが、提供されていないようです。C＃2.0を使用したデータ構造の詳細な調査では、その理由について少し説明しています。この機能を提供するために一般的に使用される便利なライブラリはありますか？おそらく、記事で提示された問題を解決するための戦略パターンを通じて。

独自のArrayListを実装するのと同じように、独自のツリーを実装するのは少しばかげています。

バランスが取れない一般的なツリーが欲しいだけです。ディレクトリツリーと考えてください。C5は見栄えがしますが、ツリー構造は、ノードの階層を表すよりも検索に適したバランスのとれた赤黒ツリーとして実装されているようです。

私の最善のアドバイスは、標準のツリーデータ構造がないということです。実装できる方法が多すぎて、1つのソリューションですべてのベースをカバーすることは不可能だからです。ソリューションが具体的であるほど、特定の問題に適用できる可能性は低くなります。LinkedListに悩まされることもあります。循環リンクリストが必要な場合はどうすればよいですか。

実装する必要がある基本的な構造はノードのコレクションになります。ここに、開始するためのオプションをいくつか示します。クラスNodeがソリューション全体の基本クラスであると仮定しましょう。

ツリーを下に移動するだけの場合は、Nodeクラスに子のリストが必要です。

ツリーを上に移動する必要がある場合、Nodeクラスには親ノードへのリンクが必要です。

これら2つのポイントのすべての特徴点と実装する必要があるその他のビジネスロジック（子の制限、子の並べ替えなど）を処理するAddChildメソッドを作成します。

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);
    }
}

単純な再帰的な実装... <40行のコード...クラスの外のツリーのルートへの参照を保持するか、別のクラスにラップする必要があります。おそらくTreeNodeに名前を変更しますか？

私の意見では、これはアーロンゲージのと非常によく似ていますが、もう少し慣習的なものです。私の目的のために、でパフォーマンスの問題に遭遇したことはありませんList<T>。必要に応じて、LinkedListに切り替えるのは簡単です。

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()));
        }
    }
}

さらに別のツリー構造：

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
}

使用例：

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");
    }
}

ボーナス
：本格的なツリーを参照してください：

• イテレータ
• 探す
• Java / C＃

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

一般的に優れたC5 Generic Collection Libraryには、セット、バッグ、辞書など、いくつかの異なるツリーベースのデータ構造があります。ソースコードは、実装の詳細を調べたい場合に利用できます。（具体的なツリー構造は使用していませんが、実稼働コードでC5コレクションを使用して良好な結果が得られています。）

http://quickgraph.codeplex.com/を参照してください

QuickGraphは、.Net 2.0以降向けの一般的な有向/無向グラフデータ構造とアルゴリズムを提供します。QuickGraphには、深さ優先検索、呼気優先検索、A *検索、最短経路、k最短経路、最大フロー、最小スパニングツリー、最小共通祖先などのアルゴリズムが付属しています。QuickGraphは、MSAGL、GLEE、Graphvizをサポートしています。グラフのレンダリング、GraphMLへのシリアル化など...

独自に作成する場合は、C＃2.0のデータ構造の効果的な使用法と、C＃でのデータ構造の実装を分析する方法を詳しく説明した6部構成のドキュメントから始めることができます。各記事には、例と、一緒に使用できるサンプルを含むインストーラーがあります。

Scott Mitchellによる「C＃2.0を使用したデータ構造の広範な調査」

解決策を少し拡張します。

再帰的なジェネリック宣言と派生サブクラスを使用すると、実際のターゲットに集中できます。

非一般的な実装とは異なり、「NodeWorker」で「node」をキャストする必要がないことに注意してください。

これが私の例です：

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);  
}  

これが私のものです：

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;
    }
}

出力：

Fastfood
   Pizza
      Margherita
      Marinara
   Burger
      Cheese burger
      Chili burger
      Rice burger

この簡単なサンプルを試してください。

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
}

他の人に役立つNodeクラスを作成します。クラスには次のようなプロパティがあります。

• 子供達
• 祖先
• 子孫
• きょうだい
• ノードのレベル
• 親
• ルート
• 等。

IdとParentIdを持つアイテムのフラットリストをツリーに変換する可能性もあります。ノードは子と親の両方への参照を保持するため、ノードの反復が非常に高速になります。

それが言及されていないので、今リリースされた.netコードベース、特に赤黒SortedSetツリーを実装するのコードに注目してもらいたいのです。

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

ただし、これはバランスの取れたツリー構造です。したがって、私の答えは、.netコアライブラリの唯一のネイティブツリー構造であると私が信じているものへの参照です。

@Berezhが共有したコードを完成させました。

  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;
        }
    }

これが木です

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;
    }
}

イニシャライザを使用することもできます。

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

ほとんどのツリーは、処理しているデータによって形成されます。

あなたが持っていると言うperson誰かの内容を含んでいるクラスを parents使用すると、むしろあなたの「ドメインクラス」の一環として、ツリー構造を持っている、またはあなたの人のオブジェクトへのリンクが含まれて別のツリークラスを使用することになり、？すべてのgrandchildrenを取得するなどの簡単な操作について考えてみてpersonください。このコードはperson クラス内にあるのpersonでしょうか、それともクラスのユーザーが別のツリークラスについて知っている必要があるのでしょうか。

もう1つの例は、コンパイラーの解析ツリーです...

これらの例の両方が示すのは、ツリーの概念がドメインの一部であることですデータの、別個の汎用ツリーを使用すると、作成されるオブジェクトの数が少なくとも2倍になり、APIを再度プログラムすることが困難になることです。

私たちが望むのは、すべてのツリーに対してそれらを再実装する必要なく、同時に標準ツリークラスを使用する必要がない標準のツリー操作を再利用する方法です。BoostはC ++でこの種の問題を解決しようとしましたが、.NETへの影響が適応されるのはまだわかりません。

上記のNTreeクラスを使用した完全なソリューションと例を追加し、「AddChild」メソッドも追加しました...

    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;
        }
    }

を使用して

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

ここにBSTの私の実装があります

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();
    }
}

このツリーをGUIに表示する場合は、TreeViewおよびTreeNodeを使用できます。（技術的には、GUIに配置せずにTreeNodeを作成できると思いますが、単純な独自のTreeNode実装よりもオーバーヘッドが大きくなります。）

使用するメモリが少ないルート化されたツリーデータ構造の実装が必要な場合は、次のようにNodeクラスを記述できます（C ++実装）。

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
}