我正在研究这个项目，我必须在3d空间中搜索对象，效率是一个巨大的问题，我认为范围树非常适合我正在尝试的事情，间隔树也可以工作，但我不打算从树中删除任何东西，一旦我在3D空间中添加每个对象，我将只使用该结构进行搜索。
以下是我将如何使用该结构：
假设我有一个数组（让我们称之为 queryArr ）的对象（~10,000个对象）每个对象有3个参数（x，y，z）我有另一个非常大的数组（让我们将其称为 totalArr ）对象（＆gt; 5,000,000个对象）。
我在这里尝试做的是 queryArr 的元素，找到最相似的（或 totalArr 中的相同元素）在某些情况下会有一个 totalArr 中具有相同参数的对象，但在大多数情况下，不会有具有相同参数的对象。
因此，我会搜索(x+10,y+10,z+10)和(x-10,y-10,z-10)之间的所有值。如果它没有产生任何结果，我将x，y，z乘以2并再次尝试直到它产生一些结果。
最简单的方法是使用简单的搜索方法，其复杂度为O(N*M) (N = size of queryArr, M = sie of totalArr)，但这种方法非常缓慢而且愚蠢。
我认为Range Tree是可行的方法，但我自己从未实现过，我不太明白范围树如何在大于2的尺寸上工作。所以有人知道范围树的良好实现吗？我相信如果我能拥有源代码，我将能够理解它们是如何工作的。
顺便说一句，如果你认为，这个任务有一个比Range Tree更好的结构，让我知道我愿意接受建议。 （我已经考虑过kd-Trees和Interval树）
谢谢，
答案 0 :(得分：3)
我刚刚阅读了维基百科的文章。让我们看看我是否可以写一个n维范围树。因为在3维中值得做的事情值得在n。
因此，n维范围树的基本部分是可以用较低维度范围的树递归定义。
使用相对通用值类型的一些属性类。专门设置element_properties<T>以设置任何n维值的标量类型，并专门设置get<i>(T const&)以获得n维值的i维度。
#include <memory>
#include <cstddef>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <sstream>
void Assert(bool test) {
if (!test)
{
std::cout << "Assert failed" << std::endl;
exit(-1);
}
}
template<typename... Args>
struct Print {
static void Do(Args... args) {}
};
template<typename Arg, typename... Tail>
struct Print<Arg, Tail...> {
static void Do(Arg arg, Tail... args) {
std::cout << arg;
Print<Tail...>::Do(args...);
}
};
template<typename... Args>
void Debug(Args... args) {
std::cout << "DEBUG:[";
Print<Args...>::Do(args...);
std::cout << "]\n";
}
template<typename T>
struct element_properties {
typedef typename T::value_type value_type;
};
template<>
struct element_properties<int> {
typedef int value_type;
};
template<size_t d, typename T>
typename element_properties<T>::value_type get( T const & t );
template<size_t d>
typename element_properties<int>::value_type get( int i ) { return i; }
template<size_t d, typename U, typename A>
typename element_properties<std::vector<U,A>>::value_type get( std::vector<U,A> const& v) {
return v[d];
}
template<typename T, size_t dim, typename Order = std::less< typename element_properties<T>::value_type> >
struct range_tree {
typedef typename element_properties<T>::value_type value_type;
struct sorter {
bool operator()( T const& left, T const& right ) const {
return Order()( get<dim-1>(left), get<dim-1>(right) );
}
};
struct printer {
std::string operator()( T const& t ) const {
std::string retval = "[ ";
retval += print_elements( t );
retval += "]";
return retval;
}
std::string print_elements( T const& t ) const {
std::stringstream ss;
typedef typename range_tree<T, dim-1, Order>::printer next_printer;
ss << next_printer().print_elements(t);
ss << get<dim-1>(t) << " ";
return ss.str();
}
};
template<typename Iterator>
range_tree( Iterator begin, Iterator end ) {
std::sort( begin, end, sorter() );
root.reset( new tree_node( begin, end ) );
}
template<size_t n, typename Func>
void walk(Func f) const {
if (root) root->walk<n>(f);
}
template<size_t n, typename Func>
void walk(Func f) {
if (root) root->walk<n>(f);
}
struct tree_node {
std::unique_ptr< range_tree<T, dim-1, Order> > subtree;
T value;
template<size_t n, typename Func>
void walk(Func f) const {
if (n==dim && !left && !right)
f(value);
if (left)
left->walk<n>(f);
if (right)
right->walk<n>(f);
if (subtree)
subtree->walk<n>(f);
}
template<size_t n, typename Func>
void walk(Func f) {
if (n==dim && !left && !right)
f(value);
if (left)
left->walk<n>(f);
if (right)
right->walk<n>(f);
if (subtree)
subtree->walk<n>(f);
}
void find_path( T const& t, std::vector< tree_node const* >& vec ) {
vec.push_back(this);
if ( sorter()(t, value) ) {
if (left)
left->find_path(t, vec);
} else if (sorter()(value, t)) {
if (right)
right->find_path(t, vec);
} else {
// found it!
return;
}
}
std::vector< tree_node const* > range_search( T const& left, T const& right )
{
std::vector<tree_node const*> left_path;
std::vector<tree_node const*> right_path;
find_path( left, left_path );
find_path( right, right_path );
// erase common path:
{
auto it1 = left_path.begin();
auto it2 = right_path.begin();
for( ; it1 != left_path.end() && it2 != right_path.end(); ++it1, ++it2) {
if (*it1 != *it2)
{
Debug( "Different: ", printer()( (*it1)->value ), ", ", printer()( (*it2)->value ) );
break;
}
Debug( "Identical: ", printer()( (*it1)->value ), ", ", printer()( (*it2)->value ) );
}
// remove identical prefixes:
if (it2 == right_path.end() && it2 != right_path.begin())
--it2;
if (it1 == left_path.end() && it1 != left_path.begin())
--it1;
right_path.erase( right_path.begin(), it2 );
left_path.erase( left_path.begin(), it1 );
}
for (auto it = left_path.begin(); it != left_path.end(); ++it) {
if (*it && (*it)->right) {
Debug( "Has right child: ", printer()( (*it)->value ) );
*it = (*it)->right.get();
Debug( "It is: ", printer()( (*it)->value ) );
} else {
Debug( "Has no right child: ", printer()( (*it)->value ) );
if ( sorter()( (*it)->value, left) || sorter()( right, (*it)->value) ) {
Debug( printer()( (*it)->value ), "<", printer()( left ), " so erased" );
*it = 0;
}
}
}
for (auto it = right_path.begin(); it != right_path.end(); ++it) {
if (*it && (*it)->left) {
Debug( "Has left child: ", printer()( (*it)->value ) );
*it = (*it)->left.get();
Debug( "It is: ", printer()( (*it)->value ) );
} else {
Debug( "Has no left child: ", printer()( (*it)->value ) );
if ( sorter()( (*it)->value, left) || sorter()( right, (*it)->value) ) {
Debug( printer()( right ), "<", printer()( (*it)->value ), " so erased" );
*it = 0;
}
}
}
left_path.insert( left_path.end(), right_path.begin(), right_path.end() );
// remove duds and duplicates:
auto highwater = std::remove_if( left_path.begin(), left_path.end(), []( tree_node const* n) { return n==0; } );
std::sort( left_path.begin(), highwater );
left_path.erase( std::unique( left_path.begin(), highwater ), left_path.end() );
return left_path;
}
std::unique_ptr<tree_node> left;
std::unique_ptr<tree_node> right;
// rounds down:
template<typename Iterator>
static Iterator middle( Iterator begin, Iterator end ) {
return (end-begin-1)/2 + begin ;
}
template<typename Iterator>
tree_node( Iterator begin, Iterator end ):value(*middle(begin,end)) {
Debug( "Inserted ", get<dim-1>(value), " at level ", dim );
Iterator mid = middle(begin,end);
Assert( begin != end );
if (begin +1 != end) { // not a leaf
Debug( "Not a leaf at level ", dim );
++mid; // so *mid was the last element in the left sub tree
Assert(mid!=begin);
Assert(mid!=end);
left.reset( new tree_node( begin, mid ) );
right.reset( new tree_node( mid, end ) );
} else {
Debug( "Leaf at level ", dim );
}
if (dim > 0) {
subtree.reset( new range_tree<T, dim-1, Order>( begin, end ) );
}
}
};
std::unique_ptr<tree_node> root;
};
// makes the code above a tad easier:
template<typename T, typename Order >
struct range_tree< T, 0, Order > {
typedef typename element_properties<T>::value_type value_type;
struct printer { template<typename Unused>std::string print_elements(Unused const&) {return std::string();} };
range_tree(...) {};
struct tree_node {}; // maybe some stub functions in here
template<size_t n, typename Func>
void walk(Func f) {}
};
int main() {
typedef std::vector<int> vector_type;
std::vector<vector_type> test;
test.push_back( vector_type{5,2} );
test.push_back( vector_type{2,3} );
range_tree< vector_type, 2 > tree( test.begin(), test.end() );
std::cout << "Walking dim 2:";
auto print_node = [](vector_type const& v){ std::cout << "(" << v[0] << "," << v[1] << ")"; };
tree.walk<2>( print_node );
std::cout << "\nWalking dim 1:";
tree.walk<1>( print_node );
std::cout << "\n";
std::cout << "Range search from {3,3} to {10,10}\n";
auto nodes = tree.root->range_search( vector_type{3,3}, vector_type{10,10} );
for (auto it = nodes.begin(); it != nodes.end(); ++it)
{
(*it)->walk<2>( print_node );
}
}
非常接近n维范围树。 0维树自然不包含任何东西。
现在已添加要搜索的基本设施（一次一维）。您可以手动将递归转换为较低维度，或者将其递增，以便range_search始终返回1级tree_node*。