STL(4)之堆(heap)及各种排序效率比较

下面再介绍STL中与堆相关的4个函数——建立堆make_heap(),在堆中添加数据push_heap(),在堆中删除数据pop_heap()和堆排序sort_heap():

头文件 #include

下面的_First与_Last为可以随机访问的迭代器(指针),_Comp为比较函数(仿函数),其规则——如果函数的第一个参数小于第二个参数应返回true,否则返回false。

建立堆

make_heap(_First, _Last, _Comp)

默认是建立最大堆的。对int类型,可以在第三个参数传入greater()得到最小堆。

 

在堆中添加数据

push_heap (_First, _Last)

要先在容器中加入数据,再调用push_heap ()

 

在堆中删除数据

pop_heap(_First, _Last)

要先调用pop_heap()再在容器中删除数据

 

堆排序

sort_heap(_First, _Last)

排序之后就不再是一个合法的heap了

 

有关堆与堆排序的更详细介绍请参阅——《白话经典算法系列之七 堆与堆排序

 

下面给出STL中heap相关函数的使用范例:

[cpp]  view plain  copy
  1. //by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )  
  2. #include   
  3. #include   
  4. #include   
  5. #include   
  6. using namespace std;  
  7. void PrintfVectorInt(vector<int> &vet)  
  8. {  
  9.     for (vector<int>::iterator pos = vet.begin(); pos != vet.end(); pos++)  
  10.         printf("%d ", *pos);  
  11.     putchar('\n');  
  12. }  
  13. int main()  
  14. {  
  15.     const int MAXN = 20;  
  16.     int a[MAXN];  
  17.     int i;  
  18.     for (i = 0; i < MAXN; ++i)  
  19.         a[i] = rand() % (MAXN * 2);  
  20.   
  21.     //动态申请vector 并对vector建堆  
  22.     vector<int> *pvet = new vector<int>(40);  
  23.     pvet->assign(a, a + MAXN);  
  24.   
  25.     //建堆  
  26.     make_heap(pvet->begin(), pvet->end());  
  27.     PrintfVectorInt(*pvet);  
  28.   
  29.     //加入新数据 先在容器中加入,再调用push_heap()  
  30.     pvet->push_back(25);  
  31.     push_heap(pvet->begin(), pvet->end());  
  32.     PrintfVectorInt(*pvet);  
  33.   
  34.     //删除数据  要先调用pop_heap(),再在容器中删除  
  35.     pop_heap(pvet->begin(), pvet->end());  
  36.     pvet->pop_back();  
  37.     pop_heap(pvet->begin(), pvet->end());  
  38.     pvet->pop_back();  
  39.     PrintfVectorInt(*pvet);  
  40.   
  41.     //堆排序  
  42.     sort_heap(pvet->begin(), pvet->end());  
  43.     PrintfVectorInt(*pvet);  
  44.   
  45.     delete pvet;  
  46.     return 0;  
  47. }  

掌握其基本用法后,我们用这个堆排序和《白话经典算法系列》中的堆排序快速排序归并排序来进行个性能测试(Win7 + VS2008 Release下),测试代码如下:

[cpp]  view plain  copy
  1. // by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )  
  2. #include   
  3. #include   
  4. #include   
  5. using namespace std;  
  6. //------------------------快速排序----------------------------  
  7. void quick_sort(int s[], int l, int r)  
  8. {  
  9.     if (l < r)  
  10.     {  
  11.         int i = l, j = r, x = s[l];  
  12.         while (i < j)  
  13.         {  
  14.             while(i < j && s[j] >= x) // 从右向左找第一个小于x的数  
  15.                 j--;    
  16.             if(i < j)   
  17.                 s[i++] = s[j];  
  18.   
  19.             while(i < j && s[i] < x) // 从左向右找第一个大于等于x的数  
  20.                 i++;    
  21.             if(i < j)   
  22.                 s[j--] = s[i];  
  23.         }  
  24.         s[i] = x;  
  25.         quick_sort(s, l, i - 1); // 递归调用   
  26.         quick_sort(s, i + 1, r);  
  27.     }  
  28. }  
  29. //------------------------归并排序----------------------------  
  30. //将有二个有序数列a[first...mid]和a[mid...last]合并。  
  31. void mergearray(int a[], int first, int mid, int last, int temp[])  
  32. {  
  33.     int i = first, j = mid + 1;  
  34.     int m = mid,   n = last;  
  35.     int k = 0;  
  36.   
  37.     while (i <= m && j <= n)  
  38.     {  
  39.         if (a[i] < a[j])  
  40.             temp[k++] = a[i++];  
  41.         else  
  42.             temp[k++] = a[j++];  
  43.     }  
  44.   
  45.     while (i <= m)  
  46.         temp[k++] = a[i++];  
  47.   
  48.     while (j <= n)  
  49.         temp[k++] = a[j++];  
  50.   
  51.     for (i = 0; i < k; i++)  
  52.         a[first + i] = temp[i];  
  53. }  
  54. void mergesort(int a[], int first, int last, int temp[])  
  55. {  
  56.     if (first < last)  
  57.     {  
  58.         int mid = (first + last) / 2;  
  59.         mergesort(a, first, mid, temp);    //左边有序  
  60.         mergesort(a, mid + 1, last, temp); //右边有序  
  61.         mergearray(a, first, mid, last, temp); //再将二个有序数列合并  
  62.     }  
  63. }  
  64. bool MergeSort(int a[], int n)  
  65. {  
  66.     int *p = new int[n];  
  67.     if (p == NULL)  
  68.         return false;  
  69.     mergesort(a, 0, n - 1, p);  
  70.     return true;  
  71. }  
  72. //------------------------堆排序---------------------------  
  73. inline void Swap(int &a, int &b)  
  74. {  
  75.     int c = a;  
  76.     a = b;  
  77.     b = c;  
  78. }  
  79. //建立最小堆  
  80. //  从i节点开始调整,n为节点总数 从0开始计算 i节点的子节点为 2*i+1, 2*i+2  
  81. void MinHeapFixdown(int a[], int i, int n)  
  82. {  
  83.     int j, temp;  
  84.   
  85.     temp = a[i];  
  86.     j = 2 * i + 1;  
  87.     while (j < n)  
  88.     {  
  89.         if (j + 1 < n && a[j + 1] < a[j]) //在左右孩子中找最小的  
  90.             j++;  
  91.   
  92.         if (a[j] >= temp)  
  93.             break;  
  94.   
  95.         a[i] = a[j];     //把较小的子结点往上移动,替换它的父结点  
  96.         i = j;  
  97.         j = 2 * i + 1;  
  98.     }  
  99.     a[i] = temp;  
  100. }  
  101. //建立最小堆  
  102. void MakeMinHeap(int a[], int n)  
  103. {  
  104.     for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--)  
  105.         MinHeapFixdown(a, i, n);  
  106. }  
  107. void MinheapsortTodescendarray(int a[], int n)  
  108. {  
  109.     for (int i = n - 1; i >= 1; i--)  
  110.     {  
  111.         Swap(a[i], a[0]);  
  112.         MinHeapFixdown(a, 0, i);  
  113.     }  
  114. }  
  115. const int MAXN = 5000000;  
  116. int a[MAXN];  
  117. int b[MAXN], c[MAXN], d[MAXN];  
  118. int main()  
  119. {  
  120.     int i;  
  121.     srand(time(NULL));  
  122.     for (i = 0; i < MAXN; ++i)  
  123.         a[i] = rand() * rand(); //注rand()产生的数在0到0x7FFF之间  
  124.   
  125.     for (i = 0; i < MAXN; ++i)  
  126.         d[i] = c[i] = b[i] = a[i];  
  127.   
  128.     clock_t ibegin, iend;  
  129.   
  130.     printf("--当前数据量为%d--By MoreWindows(http://blog.csdn.net/MoreWindows)--\n", MAXN);  
  131.     //快速排序  
  132.     printf("快速排序:  ");  
  133.     ibegin = clock();  
  134.     quick_sort(a, 0, MAXN - 1);  
  135.     iend = clock();  
  136.     printf("%d毫秒\n", iend - ibegin);  
  137.   
  138.       
  139.     //归并排序  
  140.     printf("归并排序:  ");  
  141.     ibegin = clock();  
  142.     MergeSort(b, MAXN);  
  143.     iend = clock();  
  144.     printf("%d毫秒\n", iend - ibegin);  
  145.   
  146.     //堆排序  
  147.     printf("堆排序:  ");  
  148.     ibegin = clock();  
  149.     MakeMinHeap(c, MAXN);  
  150.     MinheapsortTodescendarray(c, MAXN);  
  151.     iend = clock();  
  152.     printf("%d毫秒\n", iend - ibegin);  
  153.   
  154.     //STL中的堆排序  
  155.     printf("STL中的堆排序: ");     
  156.     ibegin = clock();  
  157.     make_heap(d, d + MAXN);  
  158.     sort_heap(d, d + MAXN);  
  159.     iend = clock();  
  160.     printf("%d毫秒\n", iend - ibegin);  
  161.     return 0;  
  162. }  

对100000(十万)个数据的测试结果:

对500000(五十万)个数据的测试结果:

对1000000(一百万)个数据的测试结果:

对5000000(五百万)个数据的测试结果:

从中可以看出快速排序的效率确实要比其它同为O(N * logN)的排序算法要高,而STL中堆操作函数的性能与《白话经典算法系列之七 堆与堆排序》一文中堆操作函数的性能是相差无几的。

 

转载请标明出处,原文地址:http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/6967409

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