रॉडिक्स ट्री

मूलांक ट्री का एक उदाहरण

कंप्यूटर विज्ञान में, मूलांक ट्री एक डेटा संरचना होती है जो मेमोरी अनुकूलन (उपसर्ग ट्री) का प्रतिनिधित्व करती है जिसमें प्रत्येक नोड जो एकमात्र बच्चा नोड होता है, जब यह उसके साथ विलय हो जाता है तब इसका परिणाम यह होता है कि प्रत्येक आंतरिक नोड के बच्चों की संख्या अधिकतम मूलांक होती है r मूलांक ट्री, जहाँ r एक धनात्मक पूर्णांक एक घात है x 2, और x ≥ 1. नियमित ट्री के विपरीत, किनारों को तत्वों के अनुक्रम के साथ-साथ एकल तत्वों के साथ अंकित किया जा सकता है। यह मूलांक ट्री को छोटे समूहों के लिए अधिक कुशल बनाता है (विशेषकर यदि स्ट्रिंग लंबी है)।ka

नियमित ट्री के विपरीत (जहां संपूर्ण कुंजियों की तुलना उनकी प्रारंभ से लेकर असमानता के बिंदु तक की जाती है), प्रत्येक नोड की मुख्य की तुलना बिट्स द्वारा की जाती है, जहां उस बिट्स की मात्रा होती है r वह नोड मूलांक होता है। जब r 2 है, मूलांक द्विआधारी होता है (अर्थात, मुख्य के उस नोड के 1-बिट भाग की तुलना करते है), जो गहराई को अधिकतम करने पर विरलता को कम करता है - अर्थात, बिट-स्ट्रिंग्स के संयोजन को अधिकतम करता है। जब r ≥ 4, 2 घात है, तो मूलांक है r-एरी ट्री, जो संभावित विरलता के मूलांक ट्री की गहराई को कम करता है।

एक अनुकूलन के रूप में, किनारे के अंकित को एक स्ट्रिंग में दो बिंदु का उपयोग करके स्थिर आकार में संग्रहीत किया जा सकता है (पहले और आखिरी तत्वों के लिए)।

ध्यान दें कि यद्यपि इस आलेख के उदाहरण स्ट्रिंग्स को वर्णों के अनुक्रम के रूप में दिखाते है, स्ट्रिंग तत्वों के प्रकार को मनमाने रूप से चुना जा सकता है, उदाहरण के लिए, बहुबाइट एन्कोडिंग या यूनिकोड का उपयोग करते समय स्ट्रिंग प्रतिनिधित्व बिट या बाइट के रूप में करता है।

अनुप्रयोग

मूलांक ट्री मुख्य के साथ सहयोगी सरणी बनाने के लिए उपयोगी होते है जिन्हें स्ट्रिंग के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। वे इंटरनेट प्रोटोकॉल मार्ग के क्षेत्र में विशेष अनुप्रयोग प्राप्त कीये जाते है, जहां कुछ अपवादों के साथ मूल्यों की बड़ी श्रृंखला को सम्मलित करने की क्षमता विशेष रूप से आईपी पते के पदानुक्रमित संगठन के लिए उपयुक्त होते है। इनका उपयोग सूचना पुनर्प्राप्ति में पाठ दस्तावेजो अनुक्रमणिका के लिए भी किया जाता है।

संचालन

मूलांक ट्री सम्मिलन, विलोपन और जाँच कार्यों का समर्थन करते है। संग्रहीत डेटा की मात्रा को कम करने का प्रयास करते समय यह ट्री में एक नई स्ट्रिंग को जोड़ता है। विलोपन ट्री से एक स्ट्रिंग को हटा देता है। जाँच कार्यों में त्रुटिहीन अवलोकन और उपसर्ग के साथ सभी स्ट्रिंग प्राप्त करना सम्मलित होता है (लेकिन आवश्यक नहीं कि यह इन्हीं तक सीमित हो)। यह सभी संचालन O(k) है जहां k समूह में सभी स्ट्रिंग्स की अधिकतम लंबाई होती है, जहां लंबाई मूलांक ट्री के मूलांक के बराबर बिट्स की मात्रा में मापी जाती है।

अवलोकन

अवलोकन संचालन यह निर्धारित करता है कि किसी ट्री में कोई स्ट्रिंग उपस्थित है या नहीं है। अधिकांश संचालन अपने विशिष्ट कार्यों को संभालने के लिए इस दृष्टिकोण को किसी तरह से संशोधित करते है। उदाहरण के लिए, वह नोड जहां एक स्ट्रिंग समाप्त होती है, यह महत्वपूर्ण हो सकता है। यह संचालन प्रयासों के समान होते है, इसके अतिरिक्त कुछ किनारे कई तत्वों का उपभोग करते है।

निम्नलिखित छद्म कोड मानता है कि इनमें विधियाँ और गुण उपस्थित होते है।

किनारा

• नोड लक्ष्यनोड
• स्ट्रिंग अंकित

नोड

• किनारों की सारणी
• फ़ंक्शन लीफ () है

function lookup(string x)
{
    // Begin at the root with no elements found
    Node traverseNodeo:= root,
    int elementsFoundo:= 0,
    // Traverse until a leaf is found or it is not possible to continue
    while (traverseNodes!= null && !traverseNode.isLeaf() && elementsFound < x.length)
    {
        // Get the next edge to explore based on the elements not yet found in x
        Edge nextEdge := select edge from traverseNode.edges where edge.label is a prefix of x.suffix(elementsFound)
            // x.suffix(elementsFound) returns the last (x.length - elementsFound) elements of x
        // Was an edge found?
        if (nextEdgei!= null)
        {
            // Set the next node to explore
            traverseNode := nextEdge.targetNode,
            // Increment elements found based on the label stored at the edge
            elementsFound += nextEdge.label.length,
        }
        else
        {
            // Terminate loop
            traverseNode := null,
        }
    }
    // A match is found if we arrive at a leaf node and have used up exactly x.length elements
    return (traverseNode
!= null && traverseNode.isLeaf() && elementsFound == x.length),
}

निवेशन

एक स्ट्रिंग डालने के लिए, हम ट्री को तब तक ढूंढते है जब तक हम आगे प्रगति नहीं प्राप्त कर पाते है। इस बिंदु पर हम या तो इनपुट स्ट्रिंग में सभी शेष तत्वों के साथ अंकित किया गया एक नया बाहरी एज जोड़ते है, या यदि पहले से ही शेष इनपुट स्ट्रिंग के साथ एक उपसर्ग साझा करने वाला बाहरी एज होता है, तो हम इसे दो किनारों में विभाजित करते है (पहला आम के साथ अंकित किया गया है)। यह विभाजन चरण यह सुनिश्चित करता है कि किसी भी नोड में संभावित स्ट्रिंग तत्वों की तुलना में अधिक बच्चे नहीं है।

सम्मिलन के कई स्थिति नीचे दिखाए गए है, चूँकि और भी उपस्थित हो सकते है। ध्यान दें कि r केवल मूल का प्रतिनिधित्व करता है। यह माना जाता है कि जहां आवश्यक हो वहां स्ट्रिंग्स को समाप्त करने के लिए किनारों को खाली स्ट्रिंग्स के साथ अंकित किया जा सकता है और रूट में कोई आने वाला किनारा नहीं होता है। (खाली-स्ट्रिंग किनारों का उपयोग करते समय ऊपर वर्णित अवलोकन कलन विधि काम नहीं करती है।)

• 

  जड़ में 'पानी' डालें

• 

  'धीमा' रखते हुए 'धीमा' डालें

• 

  'टेस्ट' डालें जो 'टेस्टर' का उपसर्ग है

• 

  'टेस्ट' को विभाजित करते समय और एक नया एज लेबल 'सेंट' बनाते समय 'टीम' डालें

• 

  'ते' को विभाजित करते हुए और पिछले तारों को एक स्तर नीचे ले जाते हुए 'टोस्ट' डालें

विलोपन

किसी ट्री से एक स्ट्रिंग x को हटाने के लिए, हम पहले x का प्रतिनिधित्व करने वाले पत्ते का पता लगाते है। फिर, यह मानते हुए कि x उपस्थित है, हम संबंधित लीफ नोड को हटा देते है। यदि हमारे लीफ नोड के माता-पिता के पास केवल एक अन्य बच्चा होता है, तो उस बच्चे का आने वाला नाम माता-पिता के आने वाले नाम में जोड़ा जाता है और बच्चे को हटा दिया जाता है।

अतिरिक्त संचालन

• सामान्य उपसर्ग वाली सभी स्ट्रिंग्स ढूंढते है: समान उपसर्ग से प्रारंभ होने वाली स्ट्रिंग्स की एक सरणी लौटाता है।
• पूर्ववर्ती जाँचें: लेक्सिको आलेख क्रम के अनुसार, किसी दिए गए स्ट्रिंग से कम सबसे बड़ी स्ट्रिंग का पता लगाता है।
• उत्तराधिकारी जाँचें: लेक्सिको आलेख क्रम के अनुसार, दी गई स्ट्रिंग से बड़ी सबसे छोटी स्ट्रिंग का पता लगाता है।

इतिहास

डेटासंरचना का आविष्कार 1968 में डोनाल्ड आर. मॉरिसन द्वारा किया गया था, यह मुख्य रूप से गर्नोट ग्वेहेनबर्गर के साथ जुड़ा हुआ है।

डोनाल्ड नुथ, कंप्यूटर प्रोग्रामिंग की कला के खंड III में पृष्ठ 498-500, इन्हें पेट्रीसिया के ट्री कहते है, संभवतः मॉरिसन के पेपर के शीर्षक में संक्षिप्त नाम के बाद: पेट्रीसिया - अल्फ़ान्यूमेरिक में कोडित सूचना पुनर्प्राप्त करने के लिए व्यावहारिक कलन विधि का उपयोग किया जाता है। आज, पेट्रीसिया प्रयासों को मूलांक 2 के बराबर मूलांक वाले ट्री के रूप में देखा जाता है, जिसका अर्थ है कि मुख्य के प्रत्येक बिट की तुलना व्यक्तिगत रूप से की जाती है और प्रत्येक नोड दो-तरफा (अर्थात, बाएं बनाम दाएं) होते है।

अन्य डेटा संरचनाओं की तुलना

(निम्नलिखित तुलनाओं में, यह माना जाता है कि कुंजियाँ k लंबाई की है और डेटा संरचना में n गुण है।)

संतुलित ट्री के विपरीत, मूलांक ट्री ओ (लॉग एन) के अतिरिक्त ओ (के) समय में अवलोकन, सम्मिलन और विलोपन की अनुमति देते है। यह एक लाभ की तरह प्रतीत नहीं होता है, क्योंकि सामान्यतः k ≥ log n होता है, लेकिन एक संतुलित ट्री में हर तुलना एक स्ट्रिंग तुलना होती है जिसके लिए O(k) सबसे खराब स्थिति वाले समय की आवश्यकता होती है, जिनमें से कई लंबे सामान्य उपसर्गों के कारण अभ्यास में धीमे होते है। एक प्रयास में, सभी तुलनाओं के लिए निरंतर समय की आवश्यकता होती है, लेकिन लंबाई m की एक स्ट्रिंग को देखने के लिए m तुलना की आवश्यकता होती है। मूलांक ट्री इन संचालनों को कम तुलनाओं के साथ कर सकते है, और बहुत कम नोड्स की आवश्यकता होती है।

चूंकि, मूलांक ट्री प्रयासों के नुकसान को भी साझा करते है: चूंकि उन्हें केवल तत्वों की स्ट्रिंग या स्ट्रिंग के लिए कुशलतापूर्वक प्रतिवर्ती मैपिंग वाले तत्वों पर ही प्रारंभ किया जा सकता है, इसलिए उनमें संतुलित जाँच ट्री की पूर्ण व्यापकता का अभाव होता होता है, जो कुल मिलाकर किसी भी डेटा प्रकार पर प्रारंभ होते है। अनुक्रम संतुलित ट्री के लिए आवश्यक कुल अनुक्रम तैयार करने के लिए स्ट्रिंग्स की प्रतिवर्ती मैपिंग का उपयोग किया जा सकता है। यह भी समस्याग्रस्त हो सकता है यदि डेटा प्रकार केवल अंतरफलक (कंप्यूटर विज्ञान) एक तुलना संचालन होता है, लेकिन (डी) क्रमांकन संचालन नहीं होता है।

सामान्यतः कहा जाता है कि हैश तालिकाओं में अपेक्षित O(1) सम्मिलन और विलोपन समय होता है, लेकिन यह केवल तभी सच है जब मुख्य के हैश की गणना को एक निरंतर-समय का संचालन माना जाता है। जब मुख्य की हैशिंग को ध्यान में रखा जाता है, तो हैश तालिकाओं में O(k) सम्मिलन और विलोपन समय की अपेक्षा की जाती है, इसके आधार पर इसमें अधिक समय लग सकता है। मूलांक ट्री में सबसे खराब स्थिति O(k) सम्मिलन और विलोपन की होती है। मूलांक ट्री के उत्तराधिकारी/पूर्ववर्ती संचालन भी हैश तालिकाओं द्वारा कार्यान्वित नहीं किए जाते है।

प्रकार

मूलांक ट्री का एक सामान्य विस्तार नोड्स के दो रंगों, 'काले' और 'सफ़ेद' का उपयोग करता है। यह जांचने के लिए कि क्या दी गई स्ट्रिंग ट्री में संग्रहीत है, जाँच ऊपर से प्रारंभ होती है और इनपुट स्ट्रिंग के किनारों का अनुसरण करती है जब तक कि आगे कोई प्रगति नहीं होती है। यदि जाँच स्ट्रिंग ख़त्म हो जाती है और अंतिम नोड एक काला नोड होता है, तो जाँच विफल हो जाती है, यदि यह सफेद होता है, तो जाँच सफल हो जाती है। यह हमें सफेद नोड्स का उपयोग करके ट्री में एक सामान्य उपसर्ग के साथ स्ट्रिंग की एक बड़ी श्रृंखला जोड़ने में सक्षम बनाता है, फिर काले नोड्स का उपयोग करके उन्हें कुशल विधि से अपवादों के एक छोटे समूह को हटा देता है।

'हैट ट्री' मूलांक ट्री पर आधारित एक कैश-सचेत डेटा संरचना है जो कुशल स्ट्रिंग भंडारण और पुनर्प्राप्ति और अनुक्रमित पुनरावृत्तियों की प्रस्तुत करता है। समय और स्थान दोनों के संबंध में कैश-सचेत हैश तालिका के तुलनीय प्रदर्शन होते है।

पेट्रीसिया ट्री मूलांक 2 (द्विआधारी) ट्री का एक विशेष प्रकार होता है, जिसमें प्रत्येक मुख्य के प्रत्येक बिट को स्पष्ट रूप से संग्रहीत करने के अतिरिक्त, नोड्स केवल पहले बिट की स्थिति को संग्रहीत करते है जो दो उप-ट्री को अलग करता है। ट्रैवर्सल के समय कलन विधि जाँच मुख्य के अनुक्रमित बिट की जांच करता है और उपयुक्त के रूप में बाएं या दाएं उप-ट्री को चुनता है। पेट्रीसिया ट्री की उल्लेखनीय विशेषताओं में यह सम्मलित है कि ट्री को संग्रहीत प्रत्येक अद्वितीय मुख्य के लिए केवल एक नोड डालने की आवश्यकता होती है, जो पेट्रीसिया को मानक द्विआधारी ट्री की तुलना में अधिक सघन बनाता है। इसके अतिरिक्त, चूंकि वास्तविक कुंजियाँ अब स्पष्ट रूप से संग्रहीत नहीं होती है, तो मिलान की पुष्टि करने के लिए अनुक्रमित रिकॉर्ड पर एक पूर्ण मुख्य तुलना करना आवश्यक होता है। इस संबंध में पेट्रीसिया हैश तालिका का उपयोग करके अनुक्रमण के साथ एक निश्चित समानता होती है।

अनुकूली मूलांक मूलांक ट्री में अनुकूली नोड आकार को एकीकृत करता है। सामान्य मूलांक ट्री में एक बड़े दोष स्थान का उपयोग होता है, क्योंकि यह हर स्तर पर एक स्थिर नोड आकार का उपयोग करता है। मूलांक ट्री और अनुकूली मूलांक ट्री के बीच मुख्य अंतर बच्चा तत्वों की संख्या के आधार पर प्रत्येक नोड के लिए इसका परिवर्तनशील आकार होता है, जो नई प्रविष्टियाँ जोड़ने पर समय बढ़ता है। इसलिए, अनुकूली मूलांक ट्री की गति को कम किए बिना उसका बेहतर उपयोग करता है।

ऐसी स्थितियों में जहां माता-पिता डेटा समूह में एक वैध मुख्य का प्रतिनिधित्व करते है। मूलांक ट्री का यह संस्करण उस संस्करण की तुलना में उच्च स्थान दक्षता प्राप्त करता है जो केवल कम से कम दो बच्चों के साथ आंतरिक नोड्स की अनुमति देता है।

यह भी देखें

• उपसर्ग वृक्ष (जिसे ट्राइ के नाम से भी जाना जाता है)
• नियतात्मक चक्रीय परिमित अवस्था ऑटोमेटन (डीएएफएसए)
• टर्नरी खोज प्रयास करता है
• हैश ट्राई
• नियतात्मक परिमित ऑटोमेटा
• जूडी सरणी
• खोज एल्गोरिथ्म
• विस्तार योग्य हैशिंग
• हैश ऐरे मैप किया गया ट्राई
• उपसर्ग हैश ट्री
• बर्स्टसॉर्ट
• लुलेआ एल्गोरिथ्म
• हफ़मैन कोडिंग

बाहरी संबंध

• Algorithms and Data Structures Research & Reference Material: PATRICIA, by Lloyd Allison, Monash University
• Patricia Tree, NIST Dictionary of Algorithms and Data Structures
• Crit-bit trees, by Daniel J. Bernstein
• Radix Tree API in the Linux Kernel, by Jonathan Corbet
• Kart (key alteration radix tree), by Paul Jarc
• The Adaptive Radix Tree: ARTful Indexing for Main-Memory Databases, by Viktor Leis, Alfons Kemper, Thomas Neumann, Technical University of Munich

कार्यान्वयन

• FreeBSD कार्यान्वयन, पेजिंग, अग्रेषण और अन्य चीजों के लिए उपयोग किया जाता है।
• लिनक्स कर्नेल कार्यान्वयन, अन्य चीजों के अतिरिक्त पेज कैश के लिए उपयोग किया जाता है।
• GNU C++ मानक लाइब्रेरी में एक त्रि कार्यान्वयन है
• समवर्ती मूलांक ट्री का जावा कार्यान्वयन, नियाल गैलाघेर द्वारा
• C# मूलांक ट्री का कार्यान्वयन
• प्रैक्टिकल एल्गोरिथम टेम्प्लेट लाइब्रेरी, PATRICIA पर एक C++ लाइब्रेरी (VC++ >=2003, GCC G++ 3.x), रोमन एस. क्लुजकोव द्वारा
• पेट्रीसिया ट्री C++ टेम्पलेट क्लास कार्यान्वयन, राडू ग्रुइयन द्वारा
• हास्केल मानक पुस्तकालय कार्यान्वयन बड़े-एंडियन पेट्रीसिया ट्री पर आधारित। वेब-ब्राउज़ करने योग्य स्रोत कोड।
• जावा में पेट्रीसिया ट्री कार्यान्वयन, रोजर काप्सी और सैम बर्लिन द्वारा
• क्रिट-बिट ट्री डैनियल जे. बर्नस्टीन द्वारा सी कोड से लिया गया
• सी में पेट्रीसिया ट्री कार्यान्वयन, libcprops में
• पेट्रीसिया ट्रीज़: पूर्णांकों पर कुशल समूह और मानचित्र :fr:ऑब्जेक्टिव कैमल, जीन-क्रिस्टोफ़ फ़िलियाट्रे द्वारा
• मूलांक डीबी (पेट्रीसिया ट्री) सी में कार्यान्वयन, जी. बी. वर्सियानी द्वारा
• लिबार्ट - सी में प्रारंभ अनुकूली मूलांक ट्री, अन्य योगदानकर्ताओं के साथ आर्मोन डैडगर द्वारा (ओपन सोर्स, बीएसडी 3-क्लॉज लाइसेंस)
• क्रिट-बिट ट्री का निम कार्यान्वयन
• rax, साल्वाटोर सैनफिलिपो (REDIS के निर्माता) द्वारा ANSI C में एक मूलांक ट्री कार्यान्वयन

श्रेणी:ट्री (डेटा संरचनाएं) श्रेणी:स्ट्रिंग डेटा संरचनाएँ