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利用Redis實(shí)現(xiàn)高效的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)（redis樹(shù)狀結(jié)構(gòu)）

利用Redis實(shí)現(xiàn)高效的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)

創(chuàng)新互聯(lián)建站自成立以來(lái)，一直致力于為企業(yè)提供從網(wǎng)站策劃、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、網(wǎng)站制作、電子商務(wù)、網(wǎng)站推廣、網(wǎng)站優(yōu)化到為企業(yè)提供個(gè)性化軟件開(kāi)發(fā)等基于互聯(lián)網(wǎng)的全面整合營(yíng)銷服務(wù)。公司擁有豐富的網(wǎng)站建設(shè)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)管理經(jīng)驗(yàn)、成熟的應(yīng)用系統(tǒng)解決方案、優(yōu)秀的網(wǎng)站開(kāi)發(fā)工程師團(tuán)隊(duì)及專業(yè)的網(wǎng)站設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)。

Redis是一個(gè)高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，常用于緩存和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)場(chǎng)景。其具備快速的讀寫速度和可靠的數(shù)據(jù)持久化能力，可以用于構(gòu)建各種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其中，樹(shù)狀結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以用于構(gòu)建層次化關(guān)系的數(shù)據(jù)模型，如組織架構(gòu)、分類目錄等。在本文中，我們將介紹如何利用Redis實(shí)現(xiàn)高效的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。

1. 樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的概念

樹(shù)狀結(jié)構(gòu)是一種層次化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它由節(jié)點(diǎn)和邊組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，但只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)；根節(jié)點(diǎn)是沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。整個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)可以看作是一個(gè)由節(jié)點(diǎn)和邊組成的有向無(wú)環(huán)圖。在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中，我們常用以下術(shù)語(yǔ)：

根節(jié)點(diǎn)：沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。

葉子節(jié)點(diǎn)：沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。

父節(jié)點(diǎn)：有子節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。

子節(jié)點(diǎn)：有父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。

深度：從根節(jié)點(diǎn)到某個(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度。

高度：從某個(gè)節(jié)點(diǎn)到葉子節(jié)點(diǎn)的最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度。

子樹(shù)：以某個(gè)節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的子樹(shù)。

2. Redis的有序集合

Redis的有序集合（Sorted Set）是一種基于詞典序的有序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以用來(lái)存儲(chǔ)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)和關(guān)系信息。其中，節(jié)點(diǎn)可以表示為字符串類型，而關(guān)系信息可以表示為浮點(diǎn)數(shù)類型。例如，假設(shè)我們要存儲(chǔ)一棵如下圖所示的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)：

我們可以使用以下代碼將樹(shù)狀結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)到Redis的有序集合中：

“`python

import redis

r = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379)

# 添加節(jié)點(diǎn)及關(guān)系

r.zadd(‘tree’, {‘A’: 0}) # 根節(jié)點(diǎn)

r.zadd(‘tree’, {‘B’: 1, ‘C’: 2, ‘D’: 3, ‘E’: 4, ‘F’: 5}) # 子節(jié)點(diǎn)

r.zadd(‘tree’, {‘B’: 0, ‘C’: 0, ‘D’: 1, ‘E’: 1, ‘F’: 2}) # 父子關(guān)系


其中，zadd()方法用于添加節(jié)點(diǎn)和關(guān)系，第一個(gè)參數(shù)為有序集合的名稱，第二個(gè)參數(shù)為一個(gè)字典，用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和關(guān)系信息。在此例中，我們用A表示根節(jié)點(diǎn)，B、C、D、E、F表示子節(jié)點(diǎn)，它們分別對(duì)應(yīng)的浮點(diǎn)數(shù)為0、1、2、3、4、5。我們還用第三個(gè)字典參數(shù)表示節(jié)點(diǎn)之間的父子關(guān)系：B和C的父節(jié)點(diǎn)為A，D和E的父節(jié)點(diǎn)為B，F(xiàn)的父節(jié)點(diǎn)為C。

3. 樹(shù)型結(jié)構(gòu)的查詢

查詢樹(shù)型結(jié)構(gòu)一般包括以下操作：

查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)

查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)

查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有祖先節(jié)點(diǎn)

查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有子孫節(jié)點(diǎn)

查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的深度和高度

在Redis中，可以使用以下代碼實(shí)現(xiàn)樹(shù)型結(jié)構(gòu)的查詢操作：

```python
# 查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)
def GET_PARENT(node):
    score = r.zscore('tree', node)
    if score is None:
        return None
    res = r.zrangebyscore('tree', min=0, max=score - 0.0001, withscores=True, score_cast_func=float, start=0, num=1)
    if len(res) == 0:
        return None
    else:
        return res[0][0]

# 查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)
def get_children(node):
    score = r.zscore('tree', node)
    if score is None:
        return []
    res = r.zrangebyscore('tree', min=score + 0.0001, max=float('inf'), withscores=True, score_cast_func=float, start=0, num=-1)
    return [n[0] for n in res]

# 查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有祖先節(jié)點(diǎn)
def get_ancestors(node):
    ancestors = []
    parent = get_parent(node)
    while parent is not None:
        ancestors.append(parent)
        parent = get_parent(parent)
    return ancestors
# 查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有子孫節(jié)點(diǎn)
def get_descendants(node):
    descendants = []
    children = get_children(node)
    for child in children:
        descendants.append(child)
        descendants.extend(get_descendants(child))
    return descendants
# 查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的深度和高度
def get_depth_height(node):
    depth = 0
    height = 0
    parent = get_parent(node)
    while parent is not None:
        depth += 1
        parent = get_parent(parent)
    children = get_children(node)
    if len(children) == 0:
        height = 1
    else:
        for child in children:
            cheight = get_depth_height(child)[1]
            if cheight > height:
                height = cheight
        height += 1
    return depth, height

其中，get_parent()方法用于查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，使用zrangebyscore()方法實(shí)現(xiàn)。該方法用于查詢有序集合中指定score范圍的節(jié)點(diǎn)，可以使用參數(shù)min和max指定搜索范圍，參數(shù)withscores=True表示同時(shí)返回節(jié)點(diǎn)和score值，參數(shù)score_cast_func=float表示將返回結(jié)果中的score值轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)類型。查詢結(jié)果默認(rèn)按照score值升序排序，可以使用參數(shù)sort_descending=True改為降序排序。由于score值是浮點(diǎn)數(shù)類型，因此需要加上0.0001或減去0.0001來(lái)避免浮點(diǎn)數(shù)比較帶來(lái)的誤差。

get_children()方法用于查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，使用zrangebyscore()方法實(shí)現(xiàn)。該方法用于查詢有序集合中指定score范圍的節(jié)點(diǎn)，可以使用參數(shù)min和max指定搜索范圍，參數(shù)withscores=True表示同時(shí)返回節(jié)點(diǎn)和score值，參數(shù)score_cast_func=float表示將返回結(jié)果中的score值轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)類型。查詢結(jié)果默認(rèn)按照score值升序排序，可以使用參數(shù)sort_descending=True改為降序排序。

get_ancestors()方法用于查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有祖先節(jié)點(diǎn)，使用get_parent()方法實(shí)現(xiàn)。該方法從給定節(jié)點(diǎn)一直向上查詢其父節(jié)點(diǎn)，直到根節(jié)點(diǎn)為止。

get_descendants()方法用于查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有子孫節(jié)點(diǎn)，使用遞歸方式實(shí)現(xiàn)。該方法首先查詢給定節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)，然后逐個(gè)遍歷子節(jié)點(diǎn)，將其加入結(jié)果列表，然后遞歸查詢子節(jié)點(diǎn)的所有子孫節(jié)點(diǎn)。

get_depth_height()方法用于查詢某個(gè)節(jié)點(diǎn)的深度和高度，使用get_parent()和get_children()方法實(shí)現(xiàn)。該方法首先向上查詢節(jié)點(diǎn)的所有祖先節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即為節(jié)點(diǎn)的深度；然后向下查詢節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)的最大高度，然后加1，即為節(jié)點(diǎn)的高度。

4. 樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的修改和刪除

修改和刪除樹(shù)狀結(jié)構(gòu)一般包括以下操作：

添加節(jié)點(diǎn)

刪除某個(gè)節(jié)點(diǎn)及其所有子孫節(jié)點(diǎn)

移動(dòng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他位置

在Redis中，可以使用以下代碼實(shí)現(xiàn)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的修改和刪除操作：

“`python

# 添加節(jié)點(diǎn)

def add_node(node, parent):

score = r.zscore(‘tree’, parent)

if score is None:

return False

if r.zadd(‘tree’, {node: score + 1}) == 0:

return False

if r.zadd(‘tree’, {node: score + 1, parent: score}) == 0:

r.zrem(‘tree’, node)

return False

return True

# 刪除某個(gè)節(jié)點(diǎn)及其所有子孫節(jié)點(diǎn)

def delete_node(node):

descendants = get_descendants(node)

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文章名稱：利用Redis實(shí)現(xiàn)高效的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)（redis樹(shù)狀結(jié)構(gòu)）
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