目录

​一,二叉堆​

​二,堆的调整​

​三,堆的创建​

​四,堆排序​

​五,堆元素更新​

​六,堆的插入​


一,二叉堆

二叉堆是用数组实现的完全二叉树,也就是说物理结构是数组,逻辑结构是完全二叉树。

二叉堆分2种,最大堆和最小堆。

最大堆指的是,任何一个结点都比它的两个子结点(或1个或0个)要大,最小堆同理。

本文以最大堆为例进行展示。


二,堆的调整

堆的调整指的是,给出一个完全二叉树,除了根结点之外,左子树是二叉堆,右子树是二叉堆,现在要调整元素位置,让整个树成为二叉堆。

其实就是把堆顶元素不停的往下塞,塞到合适的位置就停止了。

实现代码:

template<typename T>
bool cmp(T a, T b)
{
return a < b; //最大堆
}

template<typename T>
void exchange(T* a, T* b)
{
T tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp;
}

int LeftChild(int id)
{
return id * 2;
}
int RightChild(int id)
{
return id * 2 + 1;
}
int Parent(int id)
{
return id/2;
}

template<typename T>
void AdjustHeap(T* arr, int rootId, int size)
{
int largest = rootId, left = LeftChild(rootId), right = RightChild(rootId);
if (left < size && cmp(arr[largest], arr[left]))largest = left;
if (right < size && cmp(arr[largest], arr[right]))largest = right;
if (largest == rootId)return;
exchange(arr + rootId, arr + largest);
AdjustHeap(arr, largest, size);
}

时间复杂度:O(h),其中h是二叉堆的高度,h=Θ(log n),其中n=size,表示所有结点数目


三,堆的创建

给出一个数组,现在要交换元素位置,使得它变成一颗二叉堆。

实现代码:

template<typename T>
void InitHeap(T* arr, int size)
{
for (int i = size / 2; i >= 0; i--)AdjustHeap(arr, i, size);
}

原理:因为是完全二叉树,所以最后一层的结点数目小于总数的一半,也就是说,从size/2到0覆盖了除掉最后一层之外的所有结点。

时间复杂度:Θ(n),其中n=size,表示所有结点数目


四,堆排序

算法思路:

先构建二叉堆,于是数组第一个元素就是最大元素,把它和最后一个元素交换,

对于剩下的n-1个元素,直接调用AdjustHeap即可再次变成堆,于是得到了这n-1个元素里面的最大值,

依次类推,最后就变成增序的数组了。

template<typename T>
void HeapSort(T* arr, int size)
{
InitHeap(arr, size);
for (int i = size - 1; i > 0; i--) {
exchange(arr + i, arr);
AdjustHeap(arr, 0, i);
}
}

时间复杂度:O(n log n)


五,堆元素更新

template<typename T>
void HeapIncrese(T* arr, int size, int id, T newValue)
{
arr[id] = newValue;
while (id > 0 && cmp(arr[Parent(id)], arr[id])) {
exchange(arr + id, arr + Parent(id));
id = Parent(id);
}
}
template<typename T>
void HeapDecrese(T* arr, int size, int id, T newValue)
{
arr[id] = newValue;
AdjustHeap(arr, id, size);
}
template<typename T>
void HeapChange(T* arr, int size, int id, T newValue)
{
if (cmp(arr[id], newValue))HeapIncrese(arr, size, id, newValue);
else HeapDecrese(arr, size, id, newValue);
}


六,堆的插入

template<typename T>
void HeapInsert(T* arr, int &size,T value)
{
HeapIncrese(arr,size+1,size,value);
size++;
}