堆是一种非线性结构,可以把堆看作一个数组,也可以被看作一个完全二叉树,通俗来讲堆其实就是利用完全二叉树的结构来维护的一维数组按照堆的特点可以把堆分为大顶堆和小顶堆
heap本质是用一个数组表示的完全二叉树,并且父节点总是大于(或者小于)子节点的值。在STL中用于实现优先队列(priority_queque)。堆排序是排序算法中是稳定效率最高的一种。STL以可以动态扩容的vector作为heap的底层数组。
vector<int> nums = {9, 6, 2, 4, 7, 0, 1, 8, 3, 5};
make_heap(nums.begin(), nums.end());//默认建的为最大堆
//或
make_heap(nums.begin(), nums.end(), less<int>());
9 8 2 6 7 0 1 4 3 5
2、如果使用nums构建最小堆:
make_heap(nums.begin(), nums.end(), greater<int>());
0 3 1 4 5 2 9 8 6 7
将front(即第一个最大元素)移动到end的前部,同时将剩下的元素重新构造成(堆排序)一个新的heap。
时间复杂度是: (2*log(last - first))
当使用上述的make_heap()建完堆后,如果vector使用push_back()插入数据或pop_back()删除数据后,会破坏最大堆/最小堆的性质,所以需要调整堆,常用push_heap()和pop_heap()两个方法
push_heap()用法是,vector先push_back(),后push_heap():
nums.push_back(10);
push_heap(nums.begin(), nums.end(), less<int>());
//原vector
9 8 2 6 7 0 1 4 3 5
//push_back()后
9 8 2 6 7 0 1 4 3 5 10
//push_heap()后
10 9 2 6 8 0 1 4 3 5 7
pop_heap()用法是,先pop_heap(),vector后pop_back():
pop_heap(nums.begin(), nums.end(), less<int>());
nums.pop_back();
输出nums的结果:
//原vector
9 8 2 6 7 0 1 4 3 5
//pop_heap()后
8 7 2 6 5 0 1 4 3 9
//pop_back()后
8 7 2 6 5 0 1 4 3
原理:堆其实就是把vector内的元素最大值或最小值转移到nums[0]上。而pop_heap()是将nums[0]放到堆尾部,继而调用vector清除队尾
要从我们的目的来考虑,使用pop_heap()的绝大部分目的是要把堆顶元素pop出堆中,因为它最大或最小。如果先用vector的pop_back(),它删除的不是堆顶元素(nums[0]),而是vector的最后一个元素。可见这不是我们想要的结果:对于最大堆,最后一个元素既不是最大,也不一定是最小;对于最小堆,最后一个元素既不是最小,也不一定是最大。pop出来没有意义。
pop_heap()把堆顶元素放到了最后一位,然后对它前面的数字重建了堆。这样一来只要再使用pop_back()把最后一位元素删除,就得到了新的堆。
堆并不是STL的组件,但是经常充当着底层实现结构。比如优先级队列(Priority Queue)等等。
例如:
如果: B > C
则结果是: BDEHIJ + CFG + A
PS:只对比一次
make_heap算法
此操作是依据已有的各元素构建堆。
其中,各元素已经存放在底层容器vector中。
构建堆实质是一个不断调整堆(即前面pop_heap算法中的调整堆的操作)的过程—通过不断调整子树,使得子树满足堆的特性来使得整个树满足堆的性质。
叶节点显然需要调整,第一个需要执行调整操作的子树的根节点是从后往前的第一个非叶结点。从此节点往前到根节点对每个子树执行调整操作,即可构建堆。
sort_heap算法
堆排序算法。执行此操作之后,容器vector中的元素按照从小到大的顺序排列。
构建大顶堆之后,不断执行pop_heap算法取出堆顶的元素,即可。因为每次取得的是最大的元素,将其放在容器vector的最尾端。所以到最后vector中的元素是从小到大排列的。
PS: sort_heap时,必须先是一个堆(两个特性:1、最大元素在第一个 2、添加或者删除元素以对数时间),因此必须先做一次make_heap.
参考1
参考2