在树中查找父节点和特定子节点之间的路径

Question

对于这个问题的开放式性质提前道歉，但我目前正在集思广益，使用 Python 解决自动化问题。我正在分析的一组数据可以被认为是一棵如下所示的树：

我的问题有两个部分，首先是棘手的部分，然后是更一般的实现问题。

1. 对于给定的顶级父节点（没有父节点的节点），我如何仅针对集合中的底部节点找到到底部子节点（没有子节点的节点）的路径我定义的价值观？例如，如果我只将值集定义为“B”和“F”，我只想提取从 A 到 B 和 A 到 F 的路径。如，我应该得到 [A -> Y -> B] 和 [A -> Z -> C -> F] 作为答案。

2. 鉴于上述要求，在 Python 中表示这些树的最佳方式是什么？我最初的想法是嵌套字典，其中每个节点都定义为字典键。请记住，我给出的示例很简单。我将为许多不同的顶级父级构建这些树，每个顶级父级可能有很多很多子节点。

Answer 1

假设所需叶子的数量与叶子的数量相同，最简单的解决方案是在 所有 路径上构建一个通用迭代器，然后在匹配项上对其进行过滤。例如：

def find_paths(self, targets):
    targets = set(targets)
    for path in self.iter_all_paths_dfs():
        if path[-1].name in targets:
            yield path

（当然，您可以将其浓缩为单个生成器表达式或 filter 调用，但我明确将其写出来以使其显而易见。）

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如果你可以这样做，你就不需要反向指针或下一个指针，所以一个节点可以是一个将子名称映射到子节点的字典，正如你所建议的那样。

但是，将节点视为名称以及子节点的集合通常更简单。比较：

class Node(collections.namedtuple('Node', ('name', 'children'))):
    def iter_node_names_dfs(self):
        yield self.name
        for child in self.children:
            yield from child.iter_node_names_dfs()

E = Node('E', ())
F = Node('F', ())
C = Node('C', (E, F))
D = Node('D', ())
Z = Node('Z', (C, D))
X = Node('X', ())
A = Node('A', (X, Z))
tree = A

到：

E = {}
F = {}
C = {'E': {}, 'F': {}}
D = {}
Z = {'C': C, 'D': D}
X = {}
A = {'X': X, 'Z': Z}
tree = {'A': A}

def iter_node_names_dfs(tree):
    for name, child in tree.items():
        yield name
        yield from iter_node_names_dfs(child)

请注意，dict 解决方案需要一个额外的节点来指向 A，以便您可以保存其名称，这也意味着您无法从节点中获取节点的名称；您必须从上一步中记住它。

就空间而言，差别不大，但您当然可以进行测试（如果有问题，可以通过递归和总结 sys.getsizeof(node)）。