【数据结构】堆的实现

大小堆的概念

将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆,根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。

堆的接口函数

c 复制代码
void HeapInit(Heap*st);//堆的初始化
void swap(int* str1, int* str2);//交换两个数据
void Adjustup(int* a, int child);//向上调整
void HeapPush(Heap* st, int x);//插入元素
void AdjustDown(int* a, int n, int parent);//向下调整
bool HeapEmpty(Heap* st);//堆是否为空
int HeapSize(Heap* st);//堆数据个数
void HeapPop(Heap* hp);//堆元素的删除
void HeapDestroy(Heap* st);//堆的销毁
int HeapTop(Heap* st);//堆顶元素

定义堆结构体

c 复制代码
typedef struct Heap
{
	int* a;
	int size;
	int capacity;
}Heap;

初始化堆

c 复制代码
void HeapInit(Heap*st)
{
	st->a = NULL;
	st->capacity = 0;
	st->size = 0;
}

交换两个数据

c 复制代码
void swap(int* str1, int* str2)
{
	int tmp = *str1;
	*str1 = *str2;
	*str2 = tmp;

}

判断堆是否为空

c 复制代码
bool HeapEmpty(Heap* st)
{
	assert(st);
	if (st->size == 0)
	{
		return true;



	}
	else
	{
		return false;

	}

}

堆元素的个数

c 复制代码
int HeapSize(Heap* st)
{
	assert(st);
	return st->size;
}

堆的销毁

c 复制代码
void HeapDestroy(Heap* st)
{
	assert(st);
	free(st->a);
	st->a = NULL;
	st->size = 0;
	st->capacity = 0;
}

堆顶元素

c 复制代码
int HeapTop(Heap* st)
{
	assert(st);
	assert(!HeapEmpty(st));
	return st->a[0];

}

向上调整

c 复制代码
void Adjustup(int* a, int child)
{
	int parent = (child - 1) / 2;
	while (child > 0)
	{
		if (a[child] < a[parent])
		{
			swap(&a[child], &a[parent]);
			child = parent;
			parent = (child - 1) / 2;



		}
		else
		{
			break;
		}
	









	}








}

插入数据一般就是插到最后一个,但是插入的数据不能保证该堆还是大堆或者小堆,所以要使用向上调整,举例说明

这是一个小堆

插入一个数据4后

然后就不是堆了,要变成堆,必须将4向上调整,影响的只有他的祖先6和14

4作为向上调整的孩子,他的下标为6,他的父亲14,下标为2,

下标对应关系为 parent = (child - 1) / 2

因为是小堆,如果孩子小于父亲的话,交换孩子与父亲的数据

原来父亲与孩子的关系如下

交换父亲和孩子的数据后,改变孩子和父亲的下标如下

对应操作是 child = parent; parent = (child - 1) / 2;

继续比较孩子和父亲的值,如果孩子小于父亲,就交换.

然后改变父亲与孩子的下标改变

对应操作为 child = parent; parent = (child - 1) / 2;

==注意:当父亲大于孩子时,一直循环,当孩子为堆顶元素时,调整结束,child下标为0,所以循环结束条件为child>0,为什么不用parent<0作为循环结束的条件呢,是因为当child=0时,parent= (child - 1) / 2=0,所以不能用父亲判断.可能在循环过程中遇到父亲小于孩子,这样的话已经成为小堆了.直接break跳出.

插入数据

c 复制代码
void HeapPush(Heap* st, int x)
{
	if (st->capacity == st->size)
	{
		int newcapcity = st->capacity == 0 ? 4 : st->capacity * 2;
		int* tmp = (int*)realloc(st->a, newcapcity*sizeof(int));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");




		}
		st->a = tmp;
		st->capacity = newcapcity;
    }
	st->a[st->size] = x;
	st->size++;
	Adjustup(st->a, st->size - 1);
}

每插入一个数据向上调整,随时保证他是小堆

向下调整

c 复制代码
void AdjustDown(int* a, int n, int parent)
{
	int child = parent * 2 + 1;
	while (child < n)
	{
		if (child + 1 < n && a[child + 1] < a[child])
		{
			child++;
		}
		if (a[child] < a[parent])
		{
			swap(&a[child], &a[parent]);
			parent= child;
			child = parent * 2 + 1;



		}
		else
		{
			break;
		}
		












	}









}

删除数据

c 复制代码
void HeapPop(Heap* hp)
{
	assert(hp);
	assert(!HeapEmpty(hp));
	swap(&hp->a[0], &hp->a[hp->size - 1]);
	hp->size--;
	AdjustDown(hp->a,hp->size, 0);
}

删除数据我们是删除的堆顶数据,如果直接删掉堆顶数据的话,父子关系全部乱套,就不是堆了.

所以我们采取的是将堆顶元素和堆的最后一个元素交换,然后删除最后一个元素,接着描述堆数据个数的size--;接下来就是要调整堆顶数据,让其保证还是小堆.

比如还是之前的例子

要删除堆顶元素时,先交换堆顶元素和堆尾元素

然后删除堆尾元素

然后选取堆顶元素孩子小的.

c 复制代码
if (child + 1 < n && a[child + 1] < a[child])
		{
			child++;
		}

这样保证child下标对应的一定是小孩子,child + 1 < n 这个处理没有右孩子的情况

比如说这里,没有右孩子,child下标范围0-n-1(n为堆数据个数).选出左右孩子中小的,和父亲交换,交换完了,将孩子下标给父亲,孩子的下标更新为孩子的孩子的下标

如果只有一个孩子并且父亲大于孩子

则执行这个

如果孩子大于父亲的话,就已经是小堆了,直接break;

这里循环的条件是child<n,孩子是子叶的时候.

主函数测试

c 复制代码
int main()
{Heap  hp;
HeapInit(&hp);
int arr[] = {17,25,15,37,45,16,58};
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int i = 0;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
	HeapPush(&hp, arr[i]);//将数组中的元素压入堆中


}
while (!HeapEmpty(&hp))//如果堆不为空
{
	int top = HeapTop(&hp);//取堆顶元素
	printf("%d\n", top);//打印堆顶元素
	HeapPop(&hp);//删除堆顶元素
}
  



return 0;
	
}

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