萌新笔记之堆(heap)

前言(萌新感想)：

以前用STL的queue啊stack啊priority_queue啊，一直很想懂原理，现在终于课上到了priority_queue，还有就是下周期中考，哈哈，所以写几篇blog总结一下。

这里萌新讲下堆这个好东西；

堆的定义：

如果搞过ACM的童鞋应该会使用STL的priority_queue，堆就是STL的priority_queue。

堆是一种特殊的队列，从堆中取元素的依据是元素优先权大小，而不是元素进入队的先后顺序；



直接切入主题吧；





堆最常用的结构是二叉树，一棵完全二叉树，而完全二叉树由于其结点特别规律，所以可以用数组直接模拟。

下面介绍几个堆(以完全二叉树的形式)：

最大堆：每个结点上的元素不小于其子节点元素的值；

最小堆：每个结点上的元素不大于其子节点元素的值；





拿最大堆来讲几个操作：

创建，插入，删除，建立最大元素；

下面参考自陈越姥姥版数据结构

用C语言(窝觉得好**)描述最大堆结构；

先定义：

typedef struct HeapStruct* MaxHeap;
struct HeapStruct
{
    int *Elements;      //存储元素的数组；
    int Size;                   //堆的当前元素；
    int Capacity;           //堆的最大容量；
};

有人会说，卧槽为什么要结构体啊，明明说好的数组可以直接处理，为毛不用数组啊，而且结构体里面还有指针，好烦(繁)啊！

萌新想说，这样严谨吧，其实差不多啊，无非是换种方式而已；PS：ACM中不是很常用指针吧，说错，不是不常用指针，而是不常用动态开辟内存，时间很慢。

而且指针如果用的灵活，那是很超神的能力啊！

创建最大堆：

其实。。。他就是动态开辟了一个内存，然后存了一个东西。初学者不用太深究(搞不懂就先放放，先吃西瓜，再捡芝麻)。

MaxHeap Creat(int MaxSize)  //创建容量为MaxSize 空的最大堆
{
    MaxHeap H;
    int INF=0x3f3f3f3f;
    H=(MaxHeap)malloc(sizeof(struct HeapStruct));        //都是动态开辟内存，不用深究
    H->Elements=(int *)malloc((MaxSize+1)*sizeof(int));
    H->Size=0;      //初始化为0；
    H->Elements[0]=INF;     //作为一个”哨兵“为大于堆中所有可能元素的值；
    return H;
}

最大堆的插入：

首先判断堆 是不是已经满了；





我们先假设这个元素插在了Size+1这个结点上，

①：他比他的父节点的值小，OK，那就躺着吧，插入完成；

②：可惜他比他的父节点大啊，那么。。。交换就好了嘛，交换以后一定是合法的啊。

这里有一种写法很牛逼啊，比普通交换好很多；

void Insert(MaxHeap H,int item)     //item 是要插入的元素，这里称目标；
{
    int i;
    if(isFull(H))   //先判断一下是不是已经满了
    {
        printf("最大堆已满\n");
        return;
    }
    i=++H->Size;        //先默认目标被插在了新开的结点
    //对下面的循环细说一下，如果目标比他的父节点大的话，那么交换，可以看到目标并没有存到父节点上，然后i/=2使得往上继续判断，如果>目标就会弹出循环；
    //最后很有可能他成了整个完全二叉树的根，这里目标的编号是1，所以这个编号0就发挥作用了，一定比他大啊；
    for( ; H->Elements[i/2] < item; i/=2)
        H->Elements[i]=H->Elements[i/2];
    H->Elements[i]=item;
}

最大堆的删除：

萌新把 根 称做爷爷吧。

一开始爷爷做主。

我们浅显地可以看到拿走了最大的元素(即爷爷被带走了)，那么肯定就是要个大的子结点(最大的爸爸)来顶替他的位置。

然后处理大的那个子节点被顶替上去了，所以又要安排一个最大的孙子顶替。

所以一直一直要处理好，但是你这样一直一直顶替会有个问题，可能会构造不成一棵完全二叉树。

处理方法是把最后一个元素拿出来，以这个元素作为替补，因为根已经被删除了，然后就从根往下遍历，如果一旦存在这个元素可以填的位置，就填上去，一定能够保证是一个完全二叉树了；

bool isFull(MaxHeap H)
{

}
void DeleteMax(MaxHeap H)
{
    int Parent,Child;
    int temp;
    if(IsEmpty(H))
    {
        printf("堆为空\n");
        return;
    }
    temp=H->Elements[H->Size--];    //取末尾元素
    //从根开始填
    for(Parent=1; Parent*2<=H->Size; Parent = Child)
    {
        Child=Parent*2;
        if(Child!=H->Size&&(H->Elements[Child+1]>H->Elements[Child]))   //如果没有右儿子就是左儿子，如果有在左右儿子节点找一个大的，
            Child++;
        if(temp>=H->Elements[Child])    //如果比末尾元素比两个儿子都大，直接填他就行了
            break;
        else
            H->Elements[Parent]=H->Elements[Child]; //不是的话就替换，然后往下继续判断；
    }
    H->Elements[Parent]=temp;
}

最大堆的建立：

大致思路就是从底层开始判断，因为完全二叉树的编号很规律，从size/2也就是最后一个结点的父节点开始判断，每次往下看看这个结点能放到哪个位置，

然后依次减减减，也就是判断每一层的结点啊；

void BuildMaxHeap(MaxHeap H)
{
    int i,Parent,Child;
    int temp;
    for(i=H->Size/2; i>0 ; --i)
    {
        temp=H->Elements[i];
        for(Parent=i; Parent*2<=H->Size; Parent=Child)
        {
            Child=Parent*2;
            if(Child!=H->Size&&(H->Elements[Child+1]>H->Elements[Child]))   //如果没有右儿子就是左儿子，如果有在左右儿子节点找一个大的，
                Child++;
            if(temp>=H->Elements[Child])    //如果比末尾元素比两个儿子都大，直接填他就行了
                break;
            else
                H->Elements[Parent]=H->Elements[Child]; //不是的话就替换，然后往下继续判断；
        }
        H->Elements[Parent]=temp;
    }
}

OK,欢迎提出意见~~~~~