使用 LINQ 从树数据结构获取级别的最佳方法是什么？

Question

我有一个集合演示了树形数据结构，它的节点是：

Node:
Id
Name
ParentID

现在，我想获取该集合中每个节点的 level ，我尝试使用以下代码，但我想知道这是否是最好的方法来实现这一点。

Func<int, int> GetLevel = (nodeID) =>
{
    int _level = 0;
    var _node = source.First(p => p.Id == nodeID);

    // while hasn't reached the root yet
    while (_node .ParentID.HasValue)
    {
        _level++;
        _node = source.First(p => p.Id == _node.ParentID);
    }
    return _level;
};

// source is a collection of Node.

var query =   from node in source
              select new
              {
                  Id = node.Id,
                  Name = node.Name,
                  ParentID = node.ParentID,
                  Level = GetLevel(node.Id)
              };

我认为 GetLevel 函数的开销能够减少。或者也许有更好的方法可以不用这个功能直接获取！

任何想法！

Answer 1

通过这个 Node 类，您可以轻松做到这一点。

public class Subject
{
    public int Id { get; set; }
    public int? ParentId { get; set; }
    public string Name { get; set; }
}

创建一棵树并显示每个节点的级别：

var list = new List<Subject>
{
    new Subject {Id = 0, ParentId = null, Name = "A"},
    new Subject {Id = 1, ParentId = 0, Name = "B"},
    new Subject {Id = 2, ParentId = 1, Name = "C"},
    new Subject {Id = 3, ParentId = 1, Name = "D"},
    new Subject {Id = 4, ParentId = 2, Name = "E"},
    new Subject {Id = 5, ParentId = 3, Name = "F"},
    new Subject {Id = 6, ParentId = 0, Name = "G"},
    new Subject {Id = 7, ParentId = 4, Name = "H"},
    new Subject {Id = 8, ParentId = 3, Name = "I"},
};
var rootNode = Node<Subject>.CreateTree(list, n => n.Id, n => n.ParentId).Single();

foreach (var node in rootNode.All)
{
    Console.WriteLine("Name {0} , Level {1}", node.Value.Name, node.Level);
}

Answer 2

您可以使用广度优先遍历在 n 步内自上而下地完成此操作。据我所知，你的方法是n*log(n)？

使用带有 Level 字段的节点类快速破解 LinqPad

class Node
{
    public string Id;
    public string ParentID;
    public int Level;
    public Node SetLevel(int i)
    {
        Level = i;
        return this;
    }
}

void Main()
{
    var source = new List<Node>(){
     new Node(){ Id = "1" },
     new Node(){ Id = "2", ParentID="1"},
     new Node(){ Id = "3", ParentID="1"},
     new Node(){ Id = "4", ParentID="2"}
     };

    var queue = source.Where(p => p.ParentID == null).Select(s => s.SetLevel(0)).ToList();
    var cur = 0;

    while (queue.Any())
    {
        var n = queue[0];
        queue.AddRange(source.Where(p => p.ParentID == n.Id).Select(s => s.SetLevel(n.Level + 1)));
        queue.RemoveAt(0);
    }
    source.Dump();
}

输出：

Id ParentID Level
 1  null      0
 2    1       1 
 3    1       1
 4    2       2

但这一切都取决于 Linq 部分的复杂性（.Where）

Answer 3

既然您说您需要获取此集合中每个节点的级别，您可能会急切生成从节点到级别的映射。

通过适当的广度优先遍历，这可以在 O(n) 时间内完成。

（未经测试）：

public static Dictionary<Node, int> GetLevelsForNodes(IEnumerable<Node> nodes)
{
    //argument-checking omitted.

    // Thankfully, lookup accepts null-keys.
    var nodesByParentId = nodes.ToLookup(n => n.ParentID);

    var levelsForNodes = new Dictionary<Node, int>();

    // Singleton list comprising the root.
    var nodesToProcess = nodesByParentId[null].ToList();

    int currentLevel = 0;

    while (nodesToProcess.Any())
    {
        foreach (var node in nodesToProcess)
            levelsForNodes.Add(node, currentLevel);

        nodesToProcess = nodesToProcess.SelectMany(n => nodesByParentId[n.Id])
                                       .ToList();
        currentLevel++;
    }

    return levelsForNodes;
}

Answer 4

下面是您正在做的事情的更紧凑版本，请注意，我在测试中使用了简化的数据结构，并且 Flatten 返回 IEnumerable <树>从变量树向下的树中的每个节点。如果您有权访问该源代码，我会将递归深度函数作为树类的一部分。如果您经常这样做或您的树很大（或两者兼而有之），我特别喜欢在字典或树结构本身中缓存深度的解决方案。如果你不经常这样做，这会很好用。我用它从 GUI 中浏览相对较小的树结构，没有人认为操作很慢。获取每个节点深度的平均复杂度为 O(N log N)。如果您想查看所有代码，我可以明天将其放入。

Func<Tree, int> Depth = null;
Depth = p => p.Parent == null ? 0 : Depth(p.Parent) + 1;

var depth = tree.Flatten().Select(p => new { ID = p.NodeID(), HowDeep = Depth(p) });

Answer 5

现在你正在多次处理很多事情。
我会递归地构建关卡。这样你就没有任何处理开销。

另外，如果您经常运行此功能，我会将级别作为变量放入节点类中，该变量在添加节点时自动计算。

源代码如下。

Answer 6

尝试像这样使用 .ToDictionary ：

var dictionary =
    source.ToDictionary(n => n.Id, n => n.ParentId);

Func<int, int> GetLevel = nid =>
{
    var level = -1;
    if (dictionary.ContainsKey(nid))
    {
        level = 0;
        var pid = dictionary[nid];
        while (pid.HasValue)
        {
            level++;
            pid = dictionary[pid.Value];
        }
    }
    return level;
};

这相当有效，因为您的最终查询将递归通过所有节点。因此，建立字典的费用很便宜。

根据节点的深度，您可能会发现在任何情况下构建字典都比进行多级强力搜索更快。