二叉堆就是一颗完全二叉树。又根据父节点与子节点的大小关系分为最大堆,最小堆。
今天学习的是最小堆,就写最小堆吧。
最小堆的概念是:每一个父节点都小于他的子节点,所以根就是整个堆的最小值。
由于二叉堆是由一颗完全二叉树实现的,所以可以用一个数组来表示一个堆。对于数组中位置i
处的元素,其父节点就是下表为i/2的元素,其左儿子节点就是下标位i*2处的元素,右儿子就是左儿子下标加1。
下面是声明
struct Heap;
typedef struct Heap *PariorityQueue;
struct Heap
{
int MaxSize; //这个是堆数组的最大空间。
int Size; //这个是堆当前下标所处位置
int *Element; //堆数组(这里用的是整数数组,实际上根据要求什么类型数组都可以都可以
};
void exchange(int *s, int a, int b)//交换数组元素
{
int temp;
temp = s[a];
s[a] = s[b];
s[b] = temp;
}
int IsEmpty(PariorityQueue p)//判断堆是否为空
{
return p->Size == 0;
}
int IsFull(PariorityQueue p)//判断堆满
{
return p->MaxSize == p->Size;
}
PariorityQueue Creat(int Maxsize)//创建一个空堆
{
PariorityQueue p;
p = (PariorityQueue)malloc(sizeof(struct Heap));
if (p == NULL)
{
printf("No apace\n");
return NULL;
}
p->Element = (int*)malloc(sizeof(int)*Maxsize);
if (p->Element == NULL)
{
printf("out of heap space\n");
}
p->MaxSize = Maxsize;
p->Size = 0;
p->Element[0] =INT_MIN; //堆得存储从下标1开始,0处放一个哨兵,用来检测到没到堆顶。
return p;
}
//接下来是插入的例程,插入一个新的数,,size+1,因为他有可能破坏的堆的有序性,所以需要进行一系列和父亲节点的比较,来把新插入的树放到合适的位置。
void Insert(int x, PariorityQueue p)//插入
{
if (IsFull(p))
{
printf("Heap is full\n");
return;
}
int i;
for (i = ++p->Size; p->Element[i / 2] > x; i /= 2) //下标加1,然后插入的元素和当前结点的父节点比较,因为之前的堆是有序的,只要比x大,就一直向上。直到找到x合适的插入位置为止。
{
p->Element[i] = p->Element[i / 2];
}
p->Element[i] = x;
}
//接下来是取出堆顶的元素,即这个堆中的最小值。
int DeleteMin(PariorityQueue p)
{
if (IsEmpty(p))
{
printf("heap is empty\n");
return ERROR;
}
int min, last;
min = p->Element[1]; //保存堆顶元素,用于return
last = p->Element[p->Size--]; //保存最后一个元素,因为取出一个元素,所以size-1
int i,child;
for (i = 1; i * 2 < p->Size; i=child) //从根节点开始,寻找最小值
{
child = i*2; //找儿子中的最小值
if (child != p->Size&&p->Element[child + 1] < p->Element[child])
child++; //比较儿子中较小的一个
if (last > p->Element[child]) //给堆最后一个元素寻找合适的位置
p->Element[i] = p->Element[child]; //把儿子中较小的一个赋给父节点。
else //直到找到两个儿子都比last大,退出循环,赋值
break;
}
p->Element[i] = last;
return min;
}
接下来是降低堆中某个元素的值。由于降低该关键字的值,会导致堆得有序性被破坏,所以会有一个函数来专门处理这件事。
void DecreaseKey(PariorityQueue p, int decrement, int index)//减少关键字的值
{
if (index > p->Size || index < 1)
{
printf("下标不准确\n");
return;
}
p->Element[index] -= decrement;
PercolateUp(p, index);
}
void PercolateUp(PariorityQueue p, int count)//上滤操作
{
int i;
for (i = count / 2; i > 0; i /= 2) //由于降低了该下标的值,所以从他开始,向上挨个与父节点比较,直到找到比他小的为止。
{
if (p->Element[count] > p->Element[i])
break;
exchange(p->Element, count, i);
count = i;
}
}
与上面对应,还有增加关键字的值。
void IncreaseKey(PariorityQueue p, int incremental, int index)//加量
{
if (index>p->Size || index<1)
{
printf("failed increaseKey, since overstep the boundary!\n ");
return;
}
p->Element[index] += incremental;
MinHeapFit(p, index);
}
void MinHeapFit(PariorityQueue p, int count) //下滤操作
{
int i;
for (i = count * 2; i <= p->Size; i *= 2)
{
if (p->Element[count] < p->Element[i])
break;
if (p->Element[i] > p->Element[i + 1])
i++;
exchange(p->Element, i, count);
count = i;
}
}
还有个Delete函数,删除某个节点,这个函数先用上面的降低关键字的值,把他减少到足以放到堆顶,然后执行取出堆顶元素的值就可以了。
如有错误,还请指正。谢谢。