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二叉堆的实现

时间:2016-02-13 21:49:17      阅读:217      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

二叉堆是一种特殊的堆,二叉堆是完全二元树(二叉树)或者是近似完全二元树(二叉树)。

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二叉堆有两种:最大堆和最小堆。

最大堆:父结点的键值总是大于或等于任何一个子结点的键值;

最小堆:父结点的键值总是小于或等于任何一个子节点的键值。

二叉堆一般都通过"数组"来实现。数组实现的二叉堆,父节点和子节点的位置存在一定的关系。我们将"二叉堆的第一个元素"放在数组索引0的位置。
假设"第一个元素"在数组中的索引为 0 的话,则父节点和子节点的位置关系如下: 
1、索引为i的左孩子的索引是 (2*i+1); 
2、索引为i的左孩子的索引是 (2*i+2); 
3、索引为i的父结点的索引是 floor((i-1)/2);

 

二叉堆这种有序队列如何入队呢?
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假设要在这个二叉堆里入队一个单元,只要在数组末尾加入这个元素,然后把这个元素往上挪,直到挪不动,经过了这种复杂度为Ο(logn)的操作,二叉堆性质没有变化。

那如何出队呢?
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我们习惯将二叉堆画成树的形式,但本质上还是用数组实现的。

具体代码如下:

  1 #include <vector>
  2 #include <iostream>
  3 using namespace std;
  4 
  5 template <typename T>
  6 class MinHeap
  7 {
  8 public:
  9     vector<T> m_array;
 10     int m_size;//总容量
 11 private:
 12     //最小堆的向下调整算法
 13     void FilterDown(int start, int end);
 14     //最小堆的向上调整算法
 15     void FilterUp(int start);
 16 public:
 17     MinHeap();
 18     MinHeap(int capacity);
 19     MinHeap(vector<T> data);
 20     ~MinHeap();
 21 
 22     //返回data在vector中的索引
 23     int GetIndex(T data);
 24     //删除最小堆中的data
 25     bool Remove(T data);
 26     //将data插入到最小堆中
 27     void Insert(T data);
 28     //打印
 29     void Print();
 30 };
 31 
 32 template <typename T>
 33 MinHeap<T>::MinHeap(vector<T> data)
 34 {
 35     for (auto val : data)
 36     {
 37         Insert(val);
 38     }
 39 }
 40 
 41 
 42 template <typename T>
 43 MinHeap<T>::MinHeap(int capacity)
 44 {
 45     m_array.reserve(capacity);
 46     m_capacity = capacity;
 47 }
 48 
 49 template <typename T>
 50 MinHeap<T>::MinHeap()
 51 {
 52     m_array.reserve(100);
 53 }
 54 
 55 
 56 template <typename T>
 57 MinHeap<T>::~MinHeap()
 58 {
 59     m_size = 0;
 60     m_array.clear();
 61 }
 62 
 63 //得到data的索引,-1表示未找到
 64 template <typename T>
 65 int MinHeap<T>::GetIndex(T data)
 66 {
 67     for (int i = 0; i < m_size; ++i)
 68     {
 69         if (m_array[i] == data)
 70             return i;
 71     }
 72     return -1;
 73 }
 74 
 75 
 76 /*
 77 * 最小堆的向下调整算法
 78 *
 79 * 数组实现的堆中,第N个节点的左孩子的索引值是(2N+1),右孩子的索引是(2N+2)。
 80 *
 81 * start -- 被下调节点的起始位置(一般为0,表示从第1个开始)
 82 * end   -- 截至范围(一般为数组中最后一个元素的索引)
 83 */
 84 template <typename T>
 85 void MinHeap<T>::FilterDown(int start, int end)
 86 {
 87     int current = start;//当前结点位置
 88     int left = 2 * current + 1;//左儿子位置
 89     T tmp = m_array[current];//当前结点大小
 90 
 91     while (left <= end)
 92     {
 93         if (left < end && m_array[left] > m_array[left + 1])
 94         {
 95             left++;//左右孩子选较小者
 96         }
 97         if (tmp <= m_array[left])
 98             break;//调整结束
 99         else
100         {
101             m_array[current] = m_array[left];
102             current = left;
103             left = 2 * left + 1;
104         }
105     }
106     m_array[current] = tmp;
107 }
108 
109 //删除最小堆中的data
110 template <typename T>
111 bool MinHeap<T>::Remove(T data)
112 {
113     int index;
114     if (m_size == 0)
115         return false;
116     index = GetIndex(data);
117     if (index == -1)
118         return false;
119     m_array[index] = m_array[--m_size];
120     m_array.erase(m_array.end() - 1);
121     FilterDown(index, m_size - 1);
122     return true;
123 }
124 
125 //向上调整
126 template <typename T>
127 void MinHeap<T>::FilterUp(int start)
128 {
129     int current = start;
130     int p = (current - 1) / 2;//父结点位置
131     T tmp = m_array[current];
132     while (current > 0)
133     {
134         if (m_array[p] <= tmp)
135             break;
136         else
137         {
138             m_array[current] = m_array[p];
139             current = p;
140             p = (p - 1) / 2;
141         }
142     }
143     m_array[current] = tmp;
144 }
145 
146 
147 template <typename T>
148 void MinHeap<T>::Insert(T data)
149 {
150     m_array.push_back(data);
151     m_size++;
152     FilterUp(m_size - 1);
153 }
154 
155 
156 template <typename T>
157 void MinHeap<T>::Print()
158 {
159     for (auto val : m_array)
160     {
161         cout << val << " ";
162     }
163 }

 

测试:

 1 #include "BinaryHeap.h"
 2 
 3 int main()
 4 {
 5     int tmp;
 6     vector<int> vec{ 80, 40, 30, 60, 90, 70, 10, 50, 20 };
 7     MinHeap<int> heap(vec);
 8     cout << "最小堆为:";
 9     heap.Print();
10     cout << "\n请输入要添加的元素";
11     cin >> tmp;
12     heap.Insert(tmp);
13     cout << "添加之后最小堆为:";
14     heap.Print();
15     cout << "\n请输入要删除的元素:";
16     cin >> tmp;
17     heap.Remove(tmp);
18     cout << "删除之后最小堆为:";
19     heap.Print();
20 
21 }

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二叉堆的实现

原文:http://www.cnblogs.com/zhangbaochong/p/5188288.html

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