二叉堆-19王祥力

牧云@^-^@ 提交于 2020-02-07 01:42:36

二叉堆是一种特殊的堆,二叉堆是完全二元树(二叉树))。二叉堆有两种:最大堆和最小堆。最大堆:父结点的键值总是大于或等于任何一个子节点的键值;最小堆:父结点的键值总是小于或等于任何一个子节点的键值。

二叉堆的作用就是:增加存储效率。

二叉堆一般用数组来表示。例如,根节点在数组中的位置是0,第n个位置的子节点分别在2n+1和 2n+2。因此,第0个位置的子节点在1和2,1的子节点在3和4。以此类推。这种存储方式便於寻找父节点和子节点。
最大堆的性质是:每个节点都大于等于它的两个子节点。类似的,最小堆的性质是:每个节点都小于等于它的子节点。

两种堆核心思路都是一样的.

对于一个最大堆,根据其性质,显然堆顶,也就是 arr[1] 一定是所有元素中最大的元素。
当其子节点比其大是它就没有资格去做父节点了,这时它应该下台,让比它大的来做父节点。
如图:
在这里插入图片描述
让我一段代码来实现:
int x;
scanf("%d",&x);
a[n]=x;
int now=n;
while(now)
{
int s=(now-1)/2;
if(a[s]<a[now])
{
int t=a[s];
a[s]=a[now];
a[now]=t;
}
else
break;
now=s;
}
上面提到的是添加元素的一种方法,此外还有删除,修改元素。

  • 删除元素

删除元素的过程类似,只不过添加元素是"向上冒",而删除元素是"向下沉":删除位置1的元素,把最后一个元素移到最前面,然后和它的两个子节点比较,如果两个子节点中较小的节点小于该节点,就将它们交换,直到两个子节点都比此顶点大。

计算两个子节点的位置的公式:左子节点:2K+1、右子节点:2K+2(注:这里针对的是根节点为零的情况,若根为1,则左右分别为2K与2K+1。

比如顶点为0,那么它的左右子节点分别为1和2位置,如果顶点为1,那么 1的左右两个子节点即为2和3.以此类推

  • 修改元素

和添加元素完全一样的"向上冒"过程,只是要注意被修改的元素在二叉堆中的位置。

可以看出,使用二叉堆只需很少的几步就可以完成排序,很大程度上提高了寻路速度。
最大堆,每个节点都比它的两个子节点大,但是在插入元素和删除元素时,难免破坏堆的性质,这就需要通过这上浮和下沉两个操作来恢复堆的性质了。

对于最大堆,会破坏堆性质的有有两种情况:

如果某个节点 A 比它的子节点(中的一个)小,那么 A 就不配做父节点,应该下去,下面那个更大的节点上来做父节点,这就是对 A 进行下沉。

如果某个节点 A 比它的父节点大,那么 A 不应该做子节点,应该把父节点换下来,自己去做父节点,这就是对 A 的上浮。

当然,错位的节点 A 可能要上浮(或下沉)很多次,才能到达正确的位置,恢复堆的性质。所以代码中肯定有一个while循环。

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