211. 添加与搜索单词 - 数据结构设计(中等)

1，问题描述

211. 添加与搜索单词 - 数据结构设计

难度：中等

请你设计一个数据结构，支持 添加新单词 和 查找字符串是否与任何先前添加的字符串匹配 。

实现词典类 WordDictionary ：

• WordDictionary() 初始化词典对象
• void addWord(word) 将 word 添加到数据结构中，之后可以对它进行匹配
• bool search(word) 如果数据结构中存在字符串与 word 匹配，则返回 true ；否则，返回 false 。word 中可能包含一些 '.' ，每个 . 都可以表示任何一个字母。

示例：

输入：
["WordDictionary","addWord","addWord","addWord","search","search","search","search"]
[[],["bad"],["dad"],["mad"],["pad"],["bad"],[".ad"],["b.."]]
输出：
[null,null,null,null,false,true,true,true]

解释：
WordDictionary wordDictionary = new WordDictionary();
wordDictionary.addWord("bad");
wordDictionary.addWord("dad");
wordDictionary.addWord("mad");
wordDictionary.search("pad"); // 返回 False
wordDictionary.search("bad"); // 返回 True
wordDictionary.search(".ad"); // 返回 True
wordDictionary.search("b.."); // 返回 True

提示：

• 1 <= word.length <= 25
• addWord 中的 word 由小写英文字母组成
• search 中的 word 由 ‘.’ 或小写英文字母组成
• 最多调用 104 次 addWord 和 search

2，初步思考

​ 使用其他方法会超时，如果使用字典树可以快速查找，这个也是通用的字典查询逻辑

3，代码处理

package questions;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Set;

public class _211添加与搜索单词数据结构设计 {
    public static void main(String[] args) {
        WordDictionary wordDictionary = new WordDictionary();
        wordDictionary.addWord("bad");
        wordDictionary.addWord("dad");
        wordDictionary.addWord("mad");
        System.out.println(wordDictionary.search("pad"));
        System.out.println(wordDictionary.search("bad"));
        System.out.println(wordDictionary.search(".ad"));
        System.out.println(wordDictionary.search("b.."));
    }
}

class WordDictionary {
    private List<TrieNode> trie;
    private Set<String> trieSet;

    public WordDictionary() {
        trie = new ArrayList<>();
        trieSet = new HashSet<>();
    }

    public void addWord(String word) {
        if (!trieSet.contains(word)) {
            trie.add(new TrieNode(word));
            trieSet.add(word);
        }
    }

    public boolean search(String word) {
        for (TrieNode trieNode : trie) {
            if (trieNode.match(word)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

class TrieNode {
    private String word;
    private Integer len;

    public TrieNode(String word) {
        this.word = word;
        this.len = word.length();
    }

    public boolean match(String otherWord) {
        if (otherWord.length() != len) {// 长度不同，肯定不匹配
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            if (otherWord.charAt(i) == '.') continue;
            if (word.charAt(i) != otherWord.charAt(i)) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    public String getWord() {
        return word;
    }

    public void setWord(String word) {
        this.word = word;
    }

    public Integer getLen() {
        return len;
    }

    public void setLen(Integer len) {
        this.len = len;
    }
}


// 必须要使用字典树才行
class WordDictionaryV2 {
    private Trie root;

    public WordDictionaryV2() {
        root = new Trie();
    }

    public void addWord(String word) {
        root.insert(word);
    }

    public boolean search(String word) {
        return dfs(word, 0, root);
    }

    private boolean dfs(String word, int index, Trie node) {
        if (index == word.length()) {
            return node.isEnd();
        }
        char ch = word.charAt(index);
        if (Character.isLetter(ch)) {
            int childIndex = ch - 'a';
            Trie child = node.getChildren()[childIndex];
            if (child != null && dfs(word, index + 1, child)) {
                return true;
            }
        } else {
            for (int i = 0; i < 26; i++) {
                Trie child = node.getChildren()[i];
                if (child != null && dfs(word, index + 1, child)) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
}

class Trie {
    private Trie[] children;
    private boolean isEnd;

    public Trie() {
        children = new Trie[26];
        isEnd = false;
    }

    public void insert(String word) {
        Trie node = this;
        for (int i = 0; i < word.length(); i++) {
            char ch = word.charAt(i);
            int index = ch - 'a';
            if (node.children[index] == null) {
                node.children[index] = new Trie();
            }
            node = node.children[index];
        }
        node.isEnd = true;
    }

    public Trie[] getChildren() {
        return children;
    }

    public boolean isEnd() {
        return isEnd;
    }
}