结构之美——优先队列三大结构（三）——Pairing Heap
转自http://dsqiu.iteye.com/blog/1714961
1.Pairing Heap简介
斐波那契堆主要有两个缺点：编程实现难度较大和实际效率没有理论的那么快（由于它的存储结构和四个指针）。Pairing Heap的提出就是弥补斐波那契堆的两个缺点——编程简单操作的时间复杂度和斐波那契堆一样。
Pairing Heap其实就是一个具有堆（最大堆或最小堆）性质的树，它的特性不是由它的结构决定的，而是由于它的操作（插入，合并，减小一个关键字等）决定的。
1.1Pairing Heap的ADT
2.Pairing Heap 的操作
注意：图解过程是以最大堆来演示的，但是代码是以最小堆来写的，见谅！
2.1.合并两个子堆
2.2. 插入一个结点
2.3.增加（减小）一个关键字
PairHeap* PairHeap_DecreaseKey(PairHeap *p, PairHeap *pos, int d)
{
if(d < 0)
return p;
pos->key = pos->key - d;
if(p == pos)
return p;
if(pos->sibling != NULL)
pos->sibling->prev = pos->prev;
if(pos->prev->child = pos)
pos->prev->child = pos->sibling;
else
pos->prev->sibling = p->sibling;
p->sibling = NULL;
return merge_subheaps(p, pos);
}
2.5.删除最小结点
3.Pairing Heap完整代码实现
#include <stdlib.h>
typedef struct PairingHeapNode
{
int key;
struct PairingHeapNode* child;
struct PairingHeapNode* sibling;
struct PairingHeapNode* prev;
}PairHeap;
static PairHeap* merge_subheaps(PairHeap *p, PairHeap *q);
static PairHeap* combine_siblings(PairHeap *p);
PairHeap* PairHeap_insert(PairHeap *p, int key)
{
PairHeap *node;
node = (PairHeap*)malloc(sizeof(*node));
if(node == NULL)
return NULL;
node->key = key;
node->child = node->sibling = node->prev = NULL;
if(p == NULL)
return node;
else
return merge_subheaps(p, node);
}
PairHeap* PairHeap_DecreaseKey(PairHeap *p, PairHeap *pos, int d)
{
if(d < 0)
return p;
pos->key = pos->key - d;
if(p == pos)
return p;
if(pos->sibling != NULL)
pos->sibling->prev = pos->prev;
if(pos->prev->child = pos)
pos->prev->child = pos->sibling;
else
pos->prev->sibling = p->sibling;
p->sibling = NULL;
return merge_subheaps(p, pos);
}
PairHeap* PairHeap_DeleteMin(int *key, PairHeap *p)
{
PairHeap *new_root;
if(p == NULL)
return NULL;
else
{
*key = p->key;
if(p->child != NULL)
new_root = combine_siblings(p->child);
free(p);
}
return new_root;
}
static PairHeap* combine_siblings(PairHeap *p)
{
PairHeap *tree_array[1024];
int i, count;
if(p->sibling == NULL)
return p;
for(count = 0; p != NULL; count++)
{
tree_array[count] = p;
p->prev->sibling = NULL;
p = p->sibling;
}
tree_array[count] = NULL;
for(i = 1; i < count; i++)
tree_array[i] = merge_subheaps(tree_array[i-1], tree_array[i]);
return tree_array[count-1];
}
static PairHeap* merge_subheaps(PairHeap *p, PairHeap *q)
{
if(q == NULL)
return p;
else if(p->key <= q->key)
{
q->prev = p;
p->sibling = q->sibling;
if(p->sibling != NULL)
p->sibling->prev = p;
q->sibling = p->child;
if(q->sibling != NULL)
q->sibling->prev = q;
p->child = q;
return p;
}
else
{
q->prev = p->prev;
p->prev = q;
p->sibling = q->child;
if(p->sibling != NULL)
p->sibling->prev = p;
q->child = p;
return q;
}
}
小结
终于到小结了，这篇文章写得比较吃力，如斐波那契堆的“减小一个关键字”的操作我就对使用级联剪切还没有找到解释，还有还没有找到Pairing Heap的定义，唯独只有自己理解和揣测（比如pairing heap没有明确的定义，本人个人理解pairing heap的独特性一定在他的操作，即行为决定特征）但总归还是相对完整，希望能对你有说帮助。如果你有任何建议、批评或补充，还请你不吝提出，不甚感激。更多参考请移步互联网。
参考：
①酷~行天下： http://mindlee.net/2011/09/26/binomial-heaps/
②Björn B. Brandenburg：http://www.cs.unc.edu/~bbb/#binomial_heaps
③酷~行天下： http://mindlee.net/2011/09/29/fibonacci-heaps/
④Adoo's blog ：http://www.roading.org/algorithm/introductiontoalgorithm/%E6%96%90%E6%B3%A2%E9%82%A3%E5%A5%91%E5%A0%86fibonacci-heaps.html
⑤Golden_Shadow：http://blog.csdn.net/golden_shadow/article/details/6216921
⑥Sartaj Sahni：http://www.cise.ufl.edu/~sahni/dsaaj/enrich/c13/pairing.htm
⑦C++ template Fibonacci heap, with demonstration：http://ideone.com/9jYnv
⑧"The pairing heap: a new form of self-adjusting heap"：http://www.cs.cmu.edu/afs/cs.cmu.edu/user/sleator/www/papers/pairing-heaps.pdf
⑨Vikas Tandi ：http://programmingpraxis.com/2009/08/14/pairing-heaps/
⑩http://www.cise.ufl.edu/~sahni/cop5536/slides/lec156.pdf
⑩+1： 算法导论和维基百科