Как сгладить дерево через LINQ?

Итак, у меня есть простое дерево:

class MyNode
{
 public MyNode Parent;
 public IEnumerable<MyNode> Elements;
 int group = 1;
}

У меня есть IEnumerable<MyNode>. Я хочу получить список всего MyNode(включая объекты внутреннего узла ( Elements)) в виде одного плоского списка Where group == 1. Как это сделать через LINQ?

Сгладить дерево можно так:

IEnumerable<MyNode> Flatten(IEnumerable<MyNode> e) =>
    e.SelectMany(c => Flatten(c.Elements)).Concat(new[] { e });

Затем вы можете фильтровать, groupиспользуя Where(...).

Чтобы заработать несколько «очков за стиль», преобразуйтесь Flattenв функцию расширения в статическом классе.

public static IEnumerable<MyNode> Flatten(this IEnumerable<MyNode> e) =>
    e.SelectMany(c => c.Elements.Flatten()).Concat(e);

Чтобы заработать больше очков за «еще лучший стиль», преобразуйтесь Flattenв универсальный метод расширения, который принимает дерево и функцию, производящую потомков от узла:

public static IEnumerable<T> Flatten<T>(
    this IEnumerable<T> e
,   Func<T,IEnumerable<T>> f
) => e.SelectMany(c => f(c).Flatten(f)).Concat(e);

Вызовите эту функцию так:

IEnumerable<MyNode> tree = ....
var res = tree.Flatten(node => node.Elements);

Если вы предпочитаете сглаживание в предварительном заказе, а не в пост-заказе, поменяйте стороны Concat(...).

Проблема с принятым ответом заключается в том, что он неэффективен, если дерево глубокое. Если дерево очень глубокое, оно сносит стопку. Вы можете решить проблему, используя явный стек:

public static IEnumerable<MyNode> Traverse(this MyNode root)
{
    var stack = new Stack<MyNode>();
    stack.Push(root);
    while(stack.Count > 0)
    {
        var current = stack.Pop();
        yield return current;
        foreach(var child in current.Elements)
            stack.Push(child);
    }
}

Предполагая, что n узлов в дереве высотой h и коэффициент ветвления значительно меньше n, этот метод составляет O (1) в пространстве стека, O (h) в пространстве кучи и O (n) во времени. Другой приведенный алгоритм - O (h) в стеке, O (1) в куче и O (nh) во времени. Если коэффициент ветвления мал по сравнению с n, тогда h находится между O (lg n) и O (n), что показывает, что наивный алгоритм может использовать опасное количество стека и большое количество времени, если h близко к n.

Теперь, когда у нас есть обход, ваш запрос прост:

root.Traverse().Where(item=>item.group == 1);

Для полноты картины вот комбинация ответов от dasblinkenlight и Эрика Липперта. Модульное тестирование и все такое. :-)

 public static IEnumerable<T> Flatten<T>(
        this IEnumerable<T> items,
        Func<T, IEnumerable<T>> getChildren)
 {
     var stack = new Stack<T>();
     foreach(var item in items)
         stack.Push(item);

     while(stack.Count > 0)
     {
         var current = stack.Pop();
         yield return current;

         var children = getChildren(current);
         if (children == null) continue;

         foreach (var child in children) 
            stack.Push(child);
     }
 }

Обновить:

Для людей, интересующихся уровнем вложенности (глубиной). Одним из преимуществ явной реализации стека перечислителя является то, что в любой момент (и, в частности, при выдаче элемента) он stack.Countпредставляет текущую глубину обработки. Итак, принимая это во внимание и используя кортежи значений C # 7.0, мы можем просто изменить объявление метода следующим образом:

public static IEnumerable<(T Item, int Level)> ExpandWithLevel<T>(
    this IEnumerable<T> source, Func<T, IEnumerable<T>> elementSelector)

и yieldзаявление:

yield return (item, stack.Count);

Затем мы можем реализовать исходный метод, применив простой Selectк приведенному выше:

public static IEnumerable<T> Expand<T>(
    this IEnumerable<T> source, Func<T, IEnumerable<T>> elementSelector) =>
    source.ExpandWithLevel(elementSelector).Select(e => e.Item);

Оригинал:

Удивительно, но никто (даже Эрик) не показал "естественный" итерационный порт рекурсивного ДПФ с предварительным заказом, так что вот он:

    public static IEnumerable<T> Expand<T>(
        this IEnumerable<T> source, Func<T, IEnumerable<T>> elementSelector)
    {
        var stack = new Stack<IEnumerator<T>>();
        var e = source.GetEnumerator();
        try
        {
            while (true)
            {
                while (e.MoveNext())
                {
                    var item = e.Current;
                    yield return item;
                    var elements = elementSelector(item);
                    if (elements == null) continue;
                    stack.Push(e);
                    e = elements.GetEnumerator();
                }
                if (stack.Count == 0) break;
                e.Dispose();
                e = stack.Pop();
            }
        }
        finally
        {
            e.Dispose();
            while (stack.Count != 0) stack.Pop().Dispose();
        }
    }

Я обнаружил несколько небольших проблем с ответами, приведенными здесь:

• Что делать, если начальный список элементов равен нулю?
• Что, если в списке дочерних элементов есть нулевое значение?

Основываясь на предыдущих ответах, я пришел к следующему:

public static class IEnumerableExtensions
{
    public static IEnumerable<T> Flatten<T>(
        this IEnumerable<T> items, 
        Func<T, IEnumerable<T>> getChildren)
    {
        if (items == null)
            yield break;

        var stack = new Stack<T>(items);
        while (stack.Count > 0)
        {
            var current = stack.Pop();
            yield return current;

            if (current == null) continue;

            var children = getChildren(current);
            if (children == null) continue;

            foreach (var child in children)
                stack.Push(child);
        }
    }
}

И юнит-тесты:

[TestClass]
public class IEnumerableExtensionsTests
{
    [TestMethod]
    public void NullList()
    {
        IEnumerable<Test> items = null;
        var flattened = items.Flatten(i => i.Children);
        Assert.AreEqual(0, flattened.Count());
    }
    [TestMethod]
    public void EmptyList()
    {
        var items = new Test[0];
        var flattened = items.Flatten(i => i.Children);
        Assert.AreEqual(0, flattened.Count());
    }
    [TestMethod]
    public void OneItem()
    {
        var items = new[] { new Test() };
        var flattened = items.Flatten(i => i.Children);
        Assert.AreEqual(1, flattened.Count());
    }
    [TestMethod]
    public void OneItemWithChild()
    {
        var items = new[] { new Test { Id = 1, Children = new[] { new Test { Id = 2 } } } };
        var flattened = items.Flatten(i => i.Children);
        Assert.AreEqual(2, flattened.Count());
        Assert.IsTrue(flattened.Any(i => i.Id == 1));
        Assert.IsTrue(flattened.Any(i => i.Id == 2));
    }
    [TestMethod]
    public void OneItemWithNullChild()
    {
        var items = new[] { new Test { Id = 1, Children = new Test[] { null } } };
        var flattened = items.Flatten(i => i.Children);
        Assert.AreEqual(2, flattened.Count());
        Assert.IsTrue(flattened.Any(i => i.Id == 1));
        Assert.IsTrue(flattened.Any(i => i == null));
    }
    class Test
    {
        public int Id { get; set; }
        public IEnumerable<Test> Children { get; set; }
    }
}

В случае, если кто-то еще обнаружит это, но также должен знать уровень после того, как они сплющили дерево, это расширяет комбинацию Konamiman dasblinkenlight и решений Эрика Липперта:

    public static IEnumerable<Tuple<T, int>> FlattenWithLevel<T>(
            this IEnumerable<T> items,
            Func<T, IEnumerable<T>> getChilds)
    {
        var stack = new Stack<Tuple<T, int>>();
        foreach (var item in items)
            stack.Push(new Tuple<T, int>(item, 1));

        while (stack.Count > 0)
        {
            var current = stack.Pop();
            yield return current;
            foreach (var child in getChilds(current.Item1))
                stack.Push(new Tuple<T, int>(child, current.Item2 + 1));
        }
    }

Другой вариант - создать правильный объектно-ориентированный дизайн.

например попросить MyNodeвернуть все разложить.

Как это:

class MyNode
{
    public MyNode Parent;
    public IEnumerable<MyNode> Elements;
    int group = 1;

    public IEnumerable<MyNode> GetAllNodes()
    {
        if (Elements == null)
        {
            return Enumerable.Empty<MyNode>(); 
        }

        return Elements.SelectMany(e => e.GetAllNodes());
    }
}

Теперь вы можете попросить MyNode верхнего уровня получить все узлы.

var flatten = topNode.GetAllNodes();

Если вы не можете редактировать класс, тогда это не вариант. Но в противном случае я думаю, что это может быть предпочтительнее отдельного (рекурсивного) метода LINQ.

Здесь используется LINQ, поэтому я думаю, что этот ответ применим здесь;)

Объединение ответов Дейва и Ивана Стоева на случай, если вам нужен уровень вложенности и список, сплющенный «по порядку», а не перевернутый, как в ответе, данном Konamiman.

 public static class HierarchicalEnumerableUtils
    {
        private static IEnumerable<Tuple<T, int>> ToLeveled<T>(this IEnumerable<T> source, int level)
        {
            if (source == null)
            {
                return null;
            }
            else
            {
                return source.Select(item => new Tuple<T, int>(item, level));
            }
        }

        public static IEnumerable<Tuple<T, int>> FlattenWithLevel<T>(this IEnumerable<T> source, Func<T, IEnumerable<T>> elementSelector)
        {
            var stack = new Stack<IEnumerator<Tuple<T, int>>>();
            var leveledSource = source.ToLeveled(0);
            var e = leveledSource.GetEnumerator();
            try
            {
                while (true)
                {
                    while (e.MoveNext())
                    {
                        var item = e.Current;
                        yield return item;
                        var elements = elementSelector(item.Item1).ToLeveled(item.Item2 + 1);
                        if (elements == null) continue;
                        stack.Push(e);
                        e = elements.GetEnumerator();
                    }
                    if (stack.Count == 0) break;
                    e.Dispose();
                    e = stack.Pop();
                }
            }
            finally
            {
                e.Dispose();
                while (stack.Count != 0) stack.Pop().Dispose();
            }
        }
    }

Вот несколько готовых к использованию реализаций, использующих Queue и возвращающих дерево Flatten сначала мне, а затем моим детям.

public static IEnumerable<T> Flatten<T>(this IEnumerable<T> items, 
    Func<T,IEnumerable<T>> getChildren)
    {
        if (items == null)
            yield break;

        var queue = new Queue<T>();

        foreach (var item in items) {
            if (item == null)
                continue;

            queue.Enqueue(item);

            while (queue.Count > 0) {
                var current = queue.Dequeue();
                yield return current;

                if (current == null)
                    continue;

                var children = getChildren(current);
                if (children == null)
                    continue;

                foreach (var child in children)
                    queue.Enqueue(child);
            }
        }

    }

void Main()
{
    var allNodes = GetTreeNodes().Flatten(x => x.Elements);

    allNodes.Dump();
}

public static class ExtensionMethods
{
    public static IEnumerable<T> Flatten<T>(this IEnumerable<T> source, Func<T, IEnumerable<T>> childrenSelector = null)
    {
        if (source == null)
        {
            return new List<T>();
        }

        var list = source;

        if (childrenSelector != null)
        {
            foreach (var item in source)
            {
                list = list.Concat(childrenSelector(item).Flatten(childrenSelector));
            }
        }

        return list;
    }
}

IEnumerable<MyNode> GetTreeNodes() {
    return new[] { 
        new MyNode { Elements = new[] { new MyNode() }},
        new MyNode { Elements = new[] { new MyNode(), new MyNode(), new MyNode() }}
    };
}

class MyNode
{
    public MyNode Parent;
    public IEnumerable<MyNode> Elements;
    int group = 1;
}

Основываясь на ответе Konamiman и комментарии о том, что порядок неожиданный, вот версия с явным параметром сортировки:

public static IEnumerable<T> TraverseAndFlatten<T, V>(this IEnumerable<T> items, Func<T, IEnumerable<T>> nested, Func<T, V> orderBy)
{
    var stack = new Stack<T>();
    foreach (var item in items.OrderBy(orderBy))
        stack.Push(item);

    while (stack.Count > 0)
    {
        var current = stack.Pop();
        yield return current;

        var children = nested(current).OrderBy(orderBy);
        if (children == null) continue;

        foreach (var child in children)
            stack.Push(child);
    }
}

И пример использования:

var flattened = doc.TraverseAndFlatten(x => x.DependentDocuments, y => y.Document.DocDated).ToList();

Ниже приведен код Ивана Стоева с дополнительной функцией определения индекса каждого объекта на пути. Например, поиск "Item_120":

Item_0--Item_00
        Item_01

Item_1--Item_10
        Item_11
        Item_12--Item_120

вернет элемент и массив int [1,2,0]. Очевидно, что уровень вложенности также доступен, как длина массива.

public static IEnumerable<(T, int[])> Expand<T>(this IEnumerable<T> source, Func<T, IEnumerable<T>> getChildren) {
    var stack = new Stack<IEnumerator<T>>();
    var e = source.GetEnumerator();
    List<int> indexes = new List<int>() { -1 };
    try {
        while (true) {
            while (e.MoveNext()) {
                var item = e.Current;
                indexes[stack.Count]++;
                yield return (item, indexes.Take(stack.Count + 1).ToArray());
                var elements = getChildren(item);
                if (elements == null) continue;
                stack.Push(e);
                e = elements.GetEnumerator();
                if (indexes.Count == stack.Count)
                    indexes.Add(-1);
                }
            if (stack.Count == 0) break;
            e.Dispose();
            indexes[stack.Count] = -1;
            e = stack.Pop();
        }
    } finally {
        e.Dispose();
        while (stack.Count != 0) stack.Pop().Dispose();
    }
}

Время от времени я пытаюсь поцарапать эту проблему и разработать собственное решение, которое поддерживает сколь угодно глубокие структуры (без рекурсии), выполняет обход в ширину и не злоупотребляет слишком большим количеством запросов LINQ и не выполняет превентивную рекурсию для детей. Покопавшись в исходниках .NET и попробовав множество решений, я наконец нашел это решение. В итоге он оказался очень близок к ответу Яна Стоева (чей ответ я только что видел), однако в моем не используются бесконечные циклы или необычный поток кода.

public static IEnumerable<T> Traverse<T>(
    this IEnumerable<T> source,
    Func<T, IEnumerable<T>> fnRecurse)
{
    if (source != null)
    {
        Stack<IEnumerator<T>> enumerators = new Stack<IEnumerator<T>>();
        try
        {
            enumerators.Push(source.GetEnumerator());
            while (enumerators.Count > 0)
            {
                var top = enumerators.Peek();
                while (top.MoveNext())
                {
                    yield return top.Current;

                    var children = fnRecurse(top.Current);
                    if (children != null)
                    {
                        top = children.GetEnumerator();
                        enumerators.Push(top);
                    }
                }

                enumerators.Pop().Dispose();
            }
        }
        finally
        {
            while (enumerators.Count > 0)
                enumerators.Pop().Dispose();
        }
    }
}

Рабочий пример можно найти здесь .

Большинство ответов, представленных здесь, производят последовательности в глубину или зигзагообразные последовательности. Например, начиная с дерева ниже:

        1                   2 
       / \                 / \
      /   \               /   \
     /     \             /     \
    /       \           /       \
   11       12         21       22
  / \       / \       / \       / \
 /   \     /   \     /   \     /   \
111 112   121 122   211 212   221 222

dasblinkenlight в ответ производит эту сплющенную последовательность:

111, 112, 121, 122, 11, 12, 211, 212, 221, 222, 21, 22, 1, 2

Konamiman в ответ (что обобщается Эрик Липперта ответа ) производит эту сплюснутую последовательность:

2, 22, 222, 221, 21, 212, 211, 1, 12, 122, 121, 11, 112, 111

Ответ Ивана Стоева дает эту уплощенную последовательность:

1, 11, 111, 112, 12, 121, 122, 2, 21, 211, 212, 22, 221, 222

Если вы заинтересованы в широте первой последовательности , как это:

1, 2, 11, 12, 21, 22, 111, 112, 121, 122, 211, 212, 221, 222

... тогда это решение для вас:

public static IEnumerable<T> Flatten<T>(this IEnumerable<T> source,
    Func<T, IEnumerable<T>> childrenSelector)
{
    var queue = new Queue<T>(source);
    while (queue.Count > 0)
    {
        var current = queue.Dequeue();
        yield return current;
        var children = childrenSelector(current);
        if (children == null) continue;
        foreach (var child in children) queue.Enqueue(child);
    }
}

Разница в реализации в основном заключается в использовании Queueвместо Stack. Фактической сортировки не происходит.

Внимание: эта реализация далека от оптимальной с точки зрения эффективности использования памяти, поскольку большой процент от общего числа элементов в конечном итоге будет сохранен во внутренней очереди во время перечисления. Stackобходы на основе дерева намного эффективнее с точки зрения использования памяти, чем Queueреализации на основе.