大二上学期的数据结构课设的一道题让我们实现单词接龙，如今已经大三上了，之前学的东西拿出来整理一下，顺便分享给有需要的人， 由于代码比较长，打包放在github仓库：https://github.com/JiannBai/words-solitaire。
站在用户的角度思考问题，与客户深入沟通，找到汨罗网站设计与汨罗网站推广的解决方案，凭借多年的经验，让设计与互联网技术结合，创造个性化、用户体验好的作品，建站类型包括：成都网站设计、
成都网站制作、企业官网、英文网站、手机端网站、网站推广、
主机域名、网络空间、企业邮箱。业务覆盖汨罗地区。1、题目简述：
结合数据结构课程的学习内容，设计并完成一个单词接龙游戏。游戏开始 前，根据预先设定的词典，建立合理的搜索结构。游戏开始后，根据用户输入 单词的终止字符，从搜索结构中选择以该字符作为起始字符的单词并提供给用 户。游戏结束后，统计用户参与的接龙次数和得分。
游戏开始前：能够从文本文件中读取单词信息，并设计合理的结构保存单词数据。在文本读取过程中，能够对重复的单词进行有效甄别，确保系统中单词的唯一性。
游戏过程中：支持用户输入单词，自动判别单词的结尾字符，并从现有单 词中快速查找所有以该字符开始的单词，显示在屏幕上供用户选择。给出的参 考单词不能与已有的单词重复，用户也可以输入提示单词范围之外的其他单词。
设计合理的结构，记录用户每次选择接龙的单词。如果系统找不到满足条件的单词，游戏自动结束。用户也可以手动终止游戏。
游戏结束后：统计用户参与接龙的单词总数，并根据游戏顺序，在屏幕上依次显示所有参与接龙的单词。
2、设计思想
2.1总体思路
2.1.1字典树作为底层的存储单词的结构，具有以下功能：
插入单词
查找单词
查找所有公共前缀的单词
删除单词
返回前缀尾字母结点
2.1.2设计一个words类利用字典树的存储功能对接龙功能进行封装，如
得到两个单词的重复部分
利用该重复部分作为前缀查找所有符合接龙规则的单词
对接龙单词的得分根据不同规则排序
记录已经接龙的单词并确保其不会重复出现
改变单词库、接龙规则、得分规则等
2.1.3.设计控制ui页面的类（这里不作为关注对象）用来控制交互操作。
2.2 单词存储结构——字典树（前缀树 Trie Tree）：
特点：
优点：
缺点：
消耗存储空间较大，当单词数较少时，存在较多冗余空间的消耗
在本程序中每个节点对应一个结构体，该字典树的UML类图表示为：
整个程序操作流程如下：
3、运行结果
3.1菜单页面
3.2游戏页面
3.3接龙过程
3.4更换词库
3.5更换记分规则
3.6更换排序规则
4、重点问题
4.1 字典树的构建：
解决方案：先设计结点结构体，然后进行字典树功能接口的设计（参数、返回类型），进而对各个功能进行详细实现。
4.2 搜索所有前缀单词等功能的实现
解决方案：利用递归将所有单词找到存储在一个字符串中，单词与单词之间用'#'隔离。
4.3 接龙功能的抽象
解决方案：在word类中，实现得到所有前缀单词的函数、得到单词重复部分的函数、计算得分的函数、排序函数，然后对其进行组装进而实现单词接龙的基本函数接口。
5、算法分析
5.1、存储结构
字典树能够存储所有单词的前缀，易于实现单词的前缀查找搜索，且当前缀长度不固定时，搜索的时间复杂度具有很大的优势。
字典树对单个单词的搜索、删除、插入的时间复杂度为O(n),n为单词长度，时间复杂度较低。
字典树存在一定的冗余存储空间消耗，其空间复杂度最差情况为O（26^n），算是一种空间换时间的存储结构。
5.2、排序算法
由于存在较大的词库（10万单词）并且不需要单词的顺序固定，在考虑到游戏的流畅性，使用快速排序这种不稳定但是平均时间复杂度较低的算法（为O(nlog(n))）
6、代码
由于代码比较长，打包放在github仓库：https://github.com/JiannBai/words-solitaire，下面给出部分核心代码。
6.1 字典树
.h
#ifndef TRIETREE_H
#define TRIETREE_H
#include#include#includestruct TrieNode
{
QChar ch;//该节点存储的字符
TrieNode *children[27];//
bool is_word;//是否为一个单词
qint8 childrenNums;
TrieNode():ch('#'),is_word(false),childrenNums(0){
for(int i=0;i<27;++i)
{
children[i]=nullptr;
}
}
};
class TrieTree : public QObject
{
Q_OBJECT
public:
explicit TrieTree(QObject *parent = nullptr);
explicit TrieTree(const QString &fileName,QObject *parent = nullptr);
bool insert(QChar *word);
bool find_string(const QString &s,bool isEliminate=true);
//找到相同前缀的单词
std::shared_ptrfindWordsWithSuffix(const QString &prefix,int nums);
bool delet(const QString &s);
bool insert(const QString &s);
QString getPrefixWords(const QString &prefix);
//随机得到一个单词
QString get_a_random_word(int d_time=0);
private:
TrieNode *root;//根节点
int nums;//叶节点数量
QString words_list;//以'#'为分隔符，存储公共前缀单词
TrieNode* startWith(TrieNode *tempNode,const QString prefix);
void DFS(const TrieNode* tempRoot,QString prefix);
signals:
};
#endif // TRIETREE_H
.cpp
#include "trietree.h"
#include#include#include#include#includeTrieTree::TrieTree(QObject *parent) : QObject(parent)
{
root=new TrieNode();
}
TrieTree::TrieTree(const QString &fileName,QObject *parent) : QObject(parent),root(new TrieNode),nums(0),words_list("")
{
QString wordsPath=fileName;
//读取单词文件,相对路径
QFile wordsFile(wordsPath);
//打开文件(只读模式）
wordsFile.open(QFileDevice::ReadOnly);
//读取文件内容，一行一行读
QString wordsArray;
int charToInt;
TrieNode *tempNode=nullptr;
if(wordsFile.isOpen())
{
while(!wordsFile.atEnd())//读取文件中的每一行
{
wordsArray=QString(wordsFile.readLine());
//this->insert(wordsArray);
tempNode=root;
for(QChar c:wordsArray)//遍历每一个单词构建字典树
{
charToInt=c.toLatin1();//应该不会改变c的类型
if(charToInt>96 && charToInt<123)//小写字母
{
//qchar无法直接转为int 或者qint
if(tempNode->children[charToInt-97]==nullptr)
{
TrieNode *newTrieNode=new TrieNode;
newTrieNode->ch=c;
tempNode->children[charToInt-97]=newTrieNode;//将新节点连接在当前节点对应的指针上
++(tempNode->childrenNums);//该节点的孩子数+1
tempNode=newTrieNode;//孩子结点变为当前节点
newTrieNode=nullptr;
}
else
{
tempNode=tempNode->children[charToInt-97];
}
}
else if(charToInt>64 && charToInt<91)
{
if(tempNode->children[charToInt-65]==nullptr)
{
TrieNode *newTrieNode=new TrieNode;
newTrieNode->ch=c;
tempNode->children[charToInt-65]=newTrieNode;//将新节点连接在当前节点对应的指针上
++(tempNode->childrenNums);//该节点的孩子数+1
tempNode=newTrieNode;//孩子结点变为当前节点
newTrieNode=nullptr;
}
else
{
tempNode=tempNode->children[charToInt-65];
}
}
else if(charToInt==45)//连接符'-'
{
if(tempNode->children[26]==nullptr)
{
TrieNode *newTrieNode=new TrieNode;
newTrieNode->ch=c;
tempNode->children[26]=newTrieNode;//将新节点连接在当前节点对应的指针上
++(tempNode->childrenNums);//该节点的孩子数+1
tempNode=newTrieNode;//孩子结点变为当前节点
newTrieNode=nullptr;
}
else
{
tempNode=tempNode->children[26];
}
}
}
tempNode->is_word=true;
++this->nums;
}
}
else
{
qDebug()<<"open fail!"<<'\n';
}
wordsFile.close();
}
//查找某个单词是否在字典树中,isEliminate表示是否提出该单词，默认为真
bool TrieTree::find_string(const QString &s,bool isEliminate)
{
TrieNode *tempNode=root;
char ch;
for(QChar c:s)
{
ch=c.toLatin1();
//若当前节点为空，则该单词一定没有
if(tempNode==nullptr) return false;
//若不为空
else if(ch>='a' && ch<='z')
{
//若当前节点的下一节点不为空，但此节点该字符为'#'
if(tempNode->children[ch-'a']!=nullptr && tempNode->children[ch-'a']->ch=='#')
{
return false;
}
//将当前节点下移
tempNode=tempNode->children[ch-'a'];
}
else if(ch>='A' && ch<='Z')
{
if(tempNode->children[ch-'A']!=nullptr && tempNode->children[ch-'A']->ch=='#')
{
return false;
}
tempNode=tempNode->children[ch-'A'];
}
else if(ch=='-')
{
if(tempNode->children[26]!=nullptr && tempNode->children[26]->ch=='#')
{
return false;
}
tempNode=tempNode->children[26];
}
}
//判断结尾节点是否为一个单词的末尾
if(tempNode!=nullptr && tempNode->is_word==true)
{
if(isEliminate) tempNode->is_word=false;
return true;
}
return false;
}
//若找到，返回最后一个字母的节点
TrieNode* TrieTree::startWith(TrieNode *tempNode,const QString prefix)
{
//将指针移到前缀的最后一个字符上
char ch;
for(QChar c:prefix)
{
ch=c.toLatin1();
if(tempNode!=nullptr && ch>='a' && ch<='z')
{
tempNode=tempNode->children[ch-'a'];
}
else if(tempNode!=nullptr && ch>='A' && ch<='Z' )
{
tempNode=tempNode->children[ch-'A'];
}
else if(tempNode!=nullptr && ch=='-' )
{
tempNode=tempNode->children[26];
}
else
{
qDebug()<<"无该前缀，查询失败！"<<'\n';
tempNode=nullptr;
return tempNode;
}
}
return tempNode;
}
//传入一个节点，以该节点为根节点做深度遍历,找到所有公共前缀的单词，存入words_list
//贼难写这里
void TrieTree::DFS(const TrieNode* tempRoot,QString prefix)
{
if(tempRoot==nullptr) return;
//每个单词以‘#‘为分隔符
if(tempRoot->is_word)
{
this->words_list.push_back(prefix+'#');
}
//若为叶节点，则返回
if(tempRoot->childrenNums==0) return;
//从根节点往下深度优先遍历
for(int i=0;i<27;++i)
{
if(tempRoot->children[i]!=nullptr)
{
//深度优先遍历
DFS(tempRoot->children[i],prefix+tempRoot->children[i]->ch);
}
}
}
//返回该前缀的所有单词，以字符串的形式，各单词以'#'分隔
QString TrieTree::getPrefixWords(const QString &prefix)
{
//每次开始清空字符串单词
this->words_list=NULL;
TrieNode *tempNode=root;
tempNode=startWith(tempNode,prefix);
if(tempNode==nullptr)
{
return words_list;
}
;//没有该前缀开头的单词，返回空
DFS(tempNode,prefix);
return this->words_list;
}
//插入单词
bool TrieTree::insert(const QString &s)
{
TrieNode *tempNode = root;
if(find_string(s,false))
{
qDebug()<<"该字符串已经存在！"<<'\n';
return 0;
}
else
{
int charToInt;
for(QChar c:s)//遍历每一个单词构建字典树
{
charToInt=c.toLatin1();//应该不会改变c的类型
if(charToInt>96 && charToInt<123)//小写字母
{
//qchar无法直接转为int 或者qint
if(tempNode->children[charToInt-97]==nullptr)
{
TrieNode *newTrieNode=new TrieNode;
newTrieNode->ch=c;
tempNode->children[charToInt-97]=newTrieNode;//将新节点连接在当前节点对应的指针上
++(tempNode->childrenNums);//该节点的孩子数+1
tempNode=newTrieNode;//孩子结点变为当前节点
newTrieNode=nullptr;
}
else
{
tempNode=tempNode->children[charToInt-97];
}
}
else if(charToInt>64 && charToInt<91)
{
if(tempNode->children[charToInt-65]==nullptr)
{
TrieNode *newTrieNode=new TrieNode;
newTrieNode->ch=c;
tempNode->children[charToInt-65]=newTrieNode;//将新节点连接在当前节点对应的指针上
++(tempNode->childrenNums);//该节点的孩子数+1
tempNode=newTrieNode;//孩子结点变为当前节点
newTrieNode=nullptr;
}
else
{
tempNode=tempNode->children[charToInt-65];
}
}
else if(charToInt==45)//连接符'-'
{
if(tempNode->children[26]==nullptr)
{
TrieNode *newTrieNode=new TrieNode;
newTrieNode->ch=c;
tempNode->children[26]=newTrieNode;//将新节点连接在当前节点对应的指针上
++(tempNode->childrenNums);//该节点的孩子数+1
tempNode=newTrieNode;//孩子结点变为当前节点
newTrieNode=nullptr;
}
else
{
tempNode=tempNode->children[26];
}
}
}
tempNode->is_word=true;
++this->nums;
return 1;
}
}
//大小写问题，存进去有的本该大写，但是与小写的为公共前缀
bool TrieTree::delet(const QString &s)
{
TrieNode *tempNode = root;
char ch;
for(QChar c:s)
{
ch=c.toLatin1();
if(tempNode!=nullptr && ch>='a' && ch<='z')
{
tempNode=tempNode->children[ch-'a'];
}
else if(tempNode!=nullptr && ch>='A' && ch<='Z' )
{
tempNode=tempNode->children[ch-'A'];
}
else if(tempNode!=nullptr && ch=='-' )
{
tempNode=tempNode->children[26];
}
else
{
qDebug()<<"无该单词，删除失败！"<<'\n';
return false;
}
}
//最后的结点若是单词，则删除
if(tempNode->is_word==true) tempNode->is_word=false;
else return false;
return true;
}
QString TrieTree::get_a_random_word(int d_time)
{
//随机种子
srand(time(NULL)+d_time);
TrieNode *tempNode=root;
QString word;
while(!tempNode->is_word)
{
int random_number=rand()%26;;
if(tempNode->children[random_number] && tempNode->children[random_number]->ch!='#')
{
word.push_back(tempNode->children[random_number]->ch);
tempNode=tempNode->children[random_number];
}
}
return word;
}
6.2 控制词语接龙核心逻辑的类
.h
#ifndef WORD_H
#define WORD_H
#include#include#include#include"trietree.h"
struct wordsWithGoal
{
QString words="";
int goal=-1;
int next_words_num=999999;
bool is_depend_less_word=false;
bool operator>(const wordsWithGoal &other)
{
if(!is_depend_less_word)return this->goal>other.goal;
else return this->next_words_num>other.next_words_num;
}
bool operator<(const wordsWithGoal &other)
{
if(!is_depend_less_word)return this->goalnext_words_num=(const wordsWithGoal &other)
{
if(!is_depend_less_word)return this->goal>=other.goal;
else return this->next_words_num>=other.next_words_num;
}
bool operator<=(const wordsWithGoal &other)
{
if(!is_depend_less_word)return this->goal<=other.goal;
else return this->next_words_num<=other.next_words_num;
}
void operator=(const wordsWithGoal &other)
{
this->goal=other.goal;
this->words=other.words;
this->is_depend_less_word=other.is_depend_less_word;
this->next_words_num=other.next_words_num;
}
};
class word : public QObject
{
Q_OBJECT
public:
explicit word(QObject *parent = nullptr);
//设置单词文本
void setWordsTxt(const QString &fileName);
//初始化游戏页面,随机初始化一个单词,未实现
QString initial_word(int d_time=0);
//查找某一单词是否存在于词库中，若存在则返回该单词，否则返回空字符串；
QString find(const QString &word,bool is_useless_words=true);
//字符串后几位的匹配,按接龙匹配程度返回匹配到的前m个合法单词
std::shared_ptrwords_matching(QString prefix,int num=20);
//返回该单词和接龙单词的单词重叠部分
QString get_prefix(const QString &pred_word,const QString & connect_word);
//设置规则
void setRule(const bool &is_overlap_goal);
//计算得分
int get_goals(QString prifix,QString word);
//得到该单词的后续单词数
int get_next_words_num(QString word);
void setOrderRule(const bool &is_depend_less_words);
//存储单词的数据结构
TrieTree *wordsTree=nullptr;
//接过龙的单词
TrieTree *UselesswordsTree;
private:
//是否使用重叠得分规则
bool is_overlap_goal=false;
//排序会泽
bool is_depend_less_words=false;
//快速排序
void quick_sort(wordsWithGoal *&connectWords,int begin,int all_words_number);
signals:
//查找某个单词用于接龙的信号
void find_input_word();
//游戏开始信号
void start_game();
};
#endif // WORD_H
.cpp
#include "word.h"
#include"trietree.h"
#include#includeword::word(QObject *parent) : QObject(parent),UselesswordsTree(new TrieTree),is_overlap_goal(false)
{
}
//用于为存储结构放入单词
void word::setWordsTxt(const QString &fileName)
{
//若该树为空
if(this->wordsTree==nullptr) this->wordsTree=new TrieTree(fileName);
//若该树不为空
else
{
delete this->wordsTree;
wordsTree=new TrieTree(fileName);
}
}
//初始化游戏页面,随机初始化一个单词
QString word::initial_word(int d_time)
{
return this->wordsTree->get_a_random_word(d_time);
}
//设置规则
void word::setRule(const bool &is_overlap_goal)
{
if(is_overlap_goal) this->is_overlap_goal=true;
else this->is_overlap_goal=false;
}
//词库中是否有该单词，有则返回，没有返回空字符串
QString word::find(const QString &word,bool is_useless_words)
{
//查询剔除后的单词树
if(is_useless_words)
{
if(this->UselesswordsTree->find_string(word,false))
{
return word;
}
else return "";
}
else
{
if(this->wordsTree->find_string(word))
{
return word;
}
else return "";
}
}
//得到两个接龙单词大重叠字符串(暴力搜索，可改用KMP)
QString word::get_prefix(const QString &pre_word,const QString & connect_word)
{
int pre_length=pre_word.length();
int con_lenght=connect_word.length();
int min_length=pre_lengthmax_str_num) max_str_num=temp_str_num;
}
return connect_word.mid(0,max_str_num);
}
//返回前num个接龙单词和对应的分数
std::shared_ptrword::words_matching(QString prefix_words,int num)
{
QVectorallPrifixWords;
//所有符合规则的单词
QString allConnectWords;
if(!is_overlap_goal)allConnectWords=this->wordsTree->getPrefixWords(prefix_words[prefix_words.length()-1]);
else
{
int pre_word_length=prefix_words.length();
for(int i=1;iwordsTree->getPrefixWords(prefix_words.mid(i,pre_word_length-1));
}
}
//得到所有符合条件的单词
QString temp_string;
for(QChar ch:allConnectWords)
{
if(ch=='#')
{
allPrifixWords.push_back(temp_string);
temp_string="";
continue;
}
else temp_string.push_back(ch);
}
//将所有公共前缀单词结构体存入自己的数组中
int all_words_number=allPrifixWords.length();//全部符合规则的单词
wordsWithGoal *connectWords= new wordsWithGoal[all_words_number];
for(int i=0;iget_goals(prefix_words,allPrifixWords[i]);
connectWords[i].next_words_num=this->get_next_words_num(allPrifixWords[i]);
connectWords[i].is_depend_less_word=this->is_depend_less_words;
}
//排序
quick_sort(connectWords,0,all_words_number-1);
//存入要返回的数组中（智能指针）
std::shared_ptrresule_words(new wordsWithGoal[num]);
if(!is_depend_less_words)//按得分由高到低
{
num=numall_words_number-num;--i)
{
resule_words[all_words_number-i]=connectWords[i-1];
}
}
else
{
for(int i=all_words_number;i>0;--i)
{
resule_words[all_words_number-i]=connectWords[i-1];
}
}
}
delete [] connectWords;
connectWords=nullptr;
return resule_words;
}
//计算一个接龙单词的得分
int word::get_goals(QString prefix_word,QString word)
{
//若是规则一
if(!this->is_overlap_goal)
{
if(prefix_word[prefix_word.length()-1]==word[0])return word.length();
else return 0;
}
else
{
return this->get_prefix(prefix_word,word).length()*word.length();
}
}
//快速排序 不稳定
void word::quick_sort(wordsWithGoal *&a,int l,int r)
{
if (l >= r) return;
int t1 = l, t2 = r;
wordsWithGoal key = a[(l + r) / 2];
do {
while (a[t1] >key) t1++;
while (a[t2]< key) t2--;
if (t1<= t2)
{
wordsWithGoal temp=a[t1];
a[t1]=a[t2];
a[t2]=temp;
t1++,t2--;
}
} while (t1<= t2);
quick_sort(a,l, t2);
quick_sort(a,t1, r);
}
int word::get_next_words_num(QString word)
{
int num=0;
if(!this->is_overlap_goal)
{
QString s=this->wordsTree->getPrefixWords(word[word.length()-1]);
for(QChar c:s)
{
if(c=='#')++num;
}
}
else
{
int pre_word_length=word.length();
QString s;
for(int i=1;iwordsTree->getPrefixWords(word.mid(i,pre_word_length-i));
}
for(QChar c:s)
{
if(c=='#')++num;
}
}
return num;
}
void word::setOrderRule(const bool &is_depend_less_words)
{
this->is_depend_less_words=is_depend_less_words;
}
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http://www.cdkjz.cn/article/gjghd.html
