数据结构之堆
创始人
2024-02-07 07:12:03

堆:

堆是一颗完全二叉树,分为大根堆和小根堆两种。大根堆:根节点大于等于左右节点;小根堆:根节点小于等于左右节点。所以大根堆的根节点是最大值,小根堆的根节点是最小值。

c++中priority_queue可以用来声明堆:

大根堆:priority_queue,less>q;

小根堆:priority_queue,greater>q。

操作:

q.size(),返回堆中的元素个数;q.top(),返回堆顶元素;q.push(x),插入元素x;q.pop(),删除堆顶。

手写堆:

完全二叉树有一个性质:我们假设根节点标号为1,那么每个点的左儿子等于它的下标乘2,右儿子等于它的下标乘2加1。所以我们可以用一个一维数组来模拟堆。

假设我们改变堆中的一个数,那么要使他依旧是一个堆的话,我们需要将其往上移动,或者将其往下移动。

根据上浮和下沉这两个操作,我们可以对堆进行如下操作:

取出/删除堆顶:将堆中最后一个元素(数列中最后一个元素)覆盖到堆顶,然后下沉。

插入元素:向堆的最后面加入一个元素,然后上浮。

删除任意元素:将堆中最后一个元素覆盖到该位置,然后根据情况确定是上浮还是下沉。

如何将数组建成堆:

我们从最后一个非叶子节点开始,一直到根节点,每个节点执行一次下沉操作,就可以建成堆。对于一个节点个数是n,根节点下标是1的完全二叉树,第一个非叶子节点的下标是n/2(下取整),也就是说我们将n/2到1的节点一次进行down操作即可。

上浮操作和下沉操作如何完成:

下沉操作:

我们将要下沉的节点和其左右儿子对比,如果有儿子小于它,这说明他需要down,则我们将其和最小的儿子交换,然后递归处理。

上浮操作:

给出两个操作的代码:

void down(int i)
{int t = i;if (i * 2 <= cnt && heap[i * 2] < heap[t])t = i * 2;if (i * 2 + 1 <= cnt && heap[i * 2 + 1] < heap[t])t = i * 2 + 1;if (heap[t] != heap[i]) {swap(heap[i], heap[t]);down(t);}return;
}//不管是左儿子还是右儿子,除2向下取整都会得到根节点
void up(int i)
{int t = i;if (i / 2 >= 1 && heap[t] < heap[i / 2])t = i / 2;if (t != i) {swap(heap[t], heap[i]);up(t);}return;
}

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