数据结构实践——败者树归并模拟

本文是针对[数据结构基础系列(10)：外部排序]中的实践项目。

【项目】败者树归并模拟
　　编写程序，模拟改者树实现5路归并算法的过程。
　　设有5个文件，其中的记录的关键字如下：
　　F0:{17,21,∞}　F1:{5,44,∞}　F2:{10,12,∞}F3: {29,32,∞} F4: {15,56,∞}
　　要求将其归并为一个有序段并输出。
　　假设这些输入文件数据保存在内存中，输出结果也不必输出到文件，而是在屏幕上输出即可。

参考解答

#include <stdio.h>
#define MaxSize 20 //每个文件中最多记录
#define K 5 //5路平衡归并
#define MAXKEY 32767 //最大关键字值∞
#define MINKEY -32768 //最小关键字值-∞
typedef int InfoType;
typedef int KeyType;
typedef struct              //记录类型
{
    KeyType key;            //关键字项
    InfoType otherinfo;     //其他数据项,具体类型在主程中定义
} RecType;
typedef struct
{
    RecType recs[MaxSize];
    int currec;
} FileType;                 //文件类型
typedef int LoserTree[K];   //败者树是完全二叉树且不含叶子
RecType b[K];               //b中存放各段中取出的当前记录
FileType F[K];              //存放文件记录的数组
void initial()
{
    int i;                  //5个初始文件,当前读记录号为-1
    F[0].recs[0].key=17;
    F[0].recs[1].key=21;
    F[0].recs[2].key=MAXKEY;
    F[1].recs[0].key=5;
    F[1].recs[1].key=44;
    F[1].recs[2].key=MAXKEY;
    F[2].recs[0].key=10;
    F[2].recs[1].key=12;
    F[2].recs[2].key=MAXKEY;
    F[3].recs[0].key=29;
    F[3].recs[1].key=32;
    F[3].recs[2].key=MAXKEY;
    F[4].recs[0].key=15;
    F[4].recs[1].key=56;
    F[4].recs[2].key=MAXKEY;
    for (i=0;i<K;i++)
        F[i].currec=-1;
}
void input(int i,int &key)  //从F[i]文件中读一个记录到b[i]中
{
    F[i].currec++;
    key=F[i].recs[F[i].currec].key;
}
void output(int q)      //输出F[q]中的当前记录
{
    printf("输出F[%d]的关键字%d\n",q,F[q].recs[F[q].currec].key);
}
void Adjust(LoserTree ls,int s)
//沿从叶子节点b[s]到根节点ls[0]的路径调整败者树
{
    int i,t;
    t=(s+K)/2;          //ls[t]是b[s]的双亲节点
    while(t>0)
    {
        if(b[s].key>b[ls[t]].key)
        {
            i=s;
            s=ls[t];    //s指示新的胜者
            ls[t]=i;
        }
        t=t/2;
    }
    ls[0]=s;
}
void display(LoserTree ls)  //输出败者树
{
    int i;
    printf("败者树:");
    for (i=0;i<K;i++)
        if (b[ls[i]].key==MAXKEY)
            printf("%d(∞) ",ls[i]);
        else if (b[ls[i]].key==MINKEY)
            printf("%d(-∞) ",ls[i]);
        else
            printf("%d(%d) ",ls[i],b[ls[i]].key);
    printf("\n");
}
void CreateLoserTree(LoserTree ls)      //建立败者树
{
    int i;
    b[K].key=MINKEY;    //b[K]置为最小关键字
    for (i=0;i<K;i++)
        ls[i]=K;        //设置ls中“败者”的初值,全部为最小关键字段号
    for(i=K-1;i>=0;--i) //依次从b[K-1]，b[K-2]，…，b[0]出发调整败者
        Adjust(ls,i);
}
void K_Merge(LoserTree ls)  //利用败者树ls将进行K路归并到输出
{
    int i,q;
    for(i=0;i<K;++i)        //分别从k个输入归并段读入该段当前第一个记录的关键字到b
        input(i,b[i].key);
    CreateLoserTree(ls);    //建败者树ls,选得最小关键字为b[ls[0]].key
    display(ls);
    while(b[ls[0]].key!=MAXKEY)
    {
        q=ls[0];            //q指示当前最小关键字所在归并段
        output(q);          //将编号为q的归并段中当前（关键字为b[q].key）的记录输出
        input(q,b[q].key);  //从编号为q的输入归并段中读人下一个记录的关键字
        if (b[q].key==MAXKEY)
            printf("从F[%d]中添加关键字∞并调整\n",q);
        else
            printf("从F[%d]中添加关键字%d并调整\n",q,b[q].key);
        Adjust(ls,q);       //调整败者树，选择新的最小关键字
        display(ls);
    }
}
int main()
{
    LoserTree ls;
    initial();
    K_Merge(ls);
    printf("\n");
    return 0;
}