Trie

一个保存了8个键的trie结构，"A", "to", "tea", "ted", "ten", "i", "in", "inn".

在计算机科学中，trie，又称前缀树或字典樹，是一种有序树，用于保存关联数组，其中的键通常是字符串。与二叉查找树不同，键不是直接保存在节点中，而是由节点在树中的位置决定。一个节点的所有子孙都有相同的前缀，也就是这个节点对应的字符串，而根节点对应空字符串。一般情况下，不是所有的节点都有对应的值，只有叶子节点和部分内部节点所对应的键才有相关的值。

Trie这个术语来自于retrieval。trie的发明者Edward Fredkin把它读作/ˈtriː/ "tree"。^[1][2]但是，其他作者把它读作/ˈtraɪ/ "try"。^[1][2][3]

在图示中，键标注在节点中，值标注在节点之下。每一个完整的英文单词对应一个特定的整数。Trie可以看作是一个确定有限状态自动机，尽管边上的符号一般是隐含在分支的顺序中的。

键不需要被显式地保存在节点中。图示中标注出完整的单词，只是为了演示trie的原理。

可以在字典树算法的可视化演示页面直观看到字典树插入，查找以及删除节点的处理过程。

trie中的键通常是字符串，但也可以是其它的结构。trie的算法可以很容易地修改为处理其它结构的有序序列，比如一串数字或者形状的排列。比如，bitwise trie中的键是一串位元，可以用于表示整数或者内存地址。

应用

trie树常用于搜索提示。如当输入一个网址，可以自动搜索出可能的选择。当没有完全匹配的搜索结果，可以返回前缀最相似的可能。^[4]

类似地，在使用输入法时，输入法会根据你已经输入的字符预测可能的词组和句子。在集成开发环境（IDE）中，当你编写代码时，IDE 能够实时提供代码补全建议，这些功能背后都可能使用了 Trie 树来提供高效的前缀匹配服务。

在文字处理软件中，Trie 树常被用于实现拼写检查功能。当你输入一个词时，系统能够快速判断这个词是否存在于词典中，如果发现可能的拼写错误，还能够提供相似的正确拼写建议。这种功能不仅提高了文字处理的效率，还能帮助用户避免拼写错误。^[5]

实现方式

trie树实际上是一个确定有限状态自动机(DFA)，通常用转移矩阵表示。行表示状态，列表示输入字符，（行，列）位置表示转移状态。这种方式的查询效率很高，但由于稀疏的现象严重，空间利用效率很低。也可以采用压缩的存储方式即链表来表示状态转移，但由于要线性查询，会造成效率低下。

于是人们提出了下面两种结构。^[6]

三数组Trie

三数组Trie（Triple-Array Trie）结构包括三个数组：base,next和check.

二数组Trie

二数组Trie（Double-Array Trie）包含base和check两个数组。base数组的每个元素表示一个Trie节点，即一个状态；check数组表示某个状态的前驱状态。

实例

这是一个用于词频统计的程序范例，因使用了getline(3)，所以需要glibc才能链接成功，没有glibc的话可以自行改写。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define TREE_WIDTH 256

#define WORDLENMAX 128

struct trie_node_st {
        int count;
        int pass; //add a count for the part-include for example 'this is' then the 'is' is hited two times 
        struct trie_node_st *next[TREE_WIDTH];
};

static struct trie_node_st root={0, 0, {NULL}};

static const char *spaces=" \t\n/.\"\'()";

void myfree(struct trie_node_st * rt)
{
	for(int i=0; i<TREE_WIDTH; i++){
		if(rt->next[i]!=NULL){
			myfree(rt->next[i]);
			rt->next[i] = NULL;
		}
	}
	free(rt);
	return;
}

static int
insert (const char *word)
{
        int i;
        struct trie_node_st *curr, *newnode;

        if (word[0]=='\0'){
                return 0;
        }
        curr = &root;
        for (i=0; ; ++i) {
                if (word[i] == '\0') {
                        break;
                }
                curr->pass++;//count
                if (curr->next[ word[i] ] == NULL) {
                        newnode = (struct trie_node_st*)malloc(sizeof(struct trie_node_st));
                        memset (newnode, 0, sizeof(struct trie_node_st));
                        curr->next[ word[i] ] = newnode;
                } 
                curr = curr->next[ word[i] ];
        }
        curr->count ++;

        return 0;
}

static void
printword (const char *str, int n)
{
        printf ("%s\t%d\n", str, n);
}

static int
do_travel (struct trie_node_st *rootp)
{
        static char worddump[WORDLENMAX+1];
        static int pos=0;
        int i;

        if (rootp == NULL) {
                return 0;
        }
        if (rootp->count) {
                worddump[pos]='\0';
                printword (worddump, rootp->count+rootp->pass);
        }
        for (i=0;i<TREE_WIDTH;++i) {
                worddump[pos++]=i;
                do_travel (rootp->next[i]);
                pos--;
        }
        return 0;
}

int
main (void)
{
        char *linebuf=NULL, *line, *word;
        size_t bufsize=0;
        int ret;

        while (1) {
                ret=getline (&linebuf, &bufsize, stdin);
                if (ret==-1) {
                        break;
                }
                line=linebuf;
                while (1) {
                        word = strsep (&line, spaces);
                        if (word==NULL) {
                                break;
                        }
                        if (word[0]=='\0') {
                                continue;
                        }
                        insert (word);
                }
        }

        do_travel (&root);

        free (linebuf);

	for(int i=0; i<TREE_WIDTH; i++){
		if(root.next[i]!=NULL){
			myfree(root.next[i]);
		}
	}

        exit (0);
}

参考资料

1. Black, Paul E. trie. Dictionary of Algorithms and Data Structures. 国家标准技术研究所. 2009-11-16 [2012-07-08]. （原始内容存档于2010-05-19）. 
2. Franklin Mark Liang. Word Hy-phen-a-tion By Com-put-er (PDF) (Doctor of Philosophy论文). Stanford University. 1983 [2010-03-28]. （原始内容 (PDF)存档于2010-05-19）. 
3. Knuth, Donald. 6.3: Digital Searching. The Art of Computer Programming Volume 3: Sorting and Searching 2nd. Addison-Wesley. 1997: 492. ISBN 0-201-89685-0. 
4. 米嘉. 大规模中文文本检索中的高性能索引研究 (硕士论文). [2005]. 
5. Trie 字典树算法可视化
6. An Implementation of Double-Array Trie. [2012-07-19]. （原始内容存档于2009-03-19）.