堆知識點總結

2021-10-25 07:49:36 字數 1340 閱讀 9677

堆中插入元素

堆中刪除元素

時間複雜度分析

設有n個資料元素的關鍵字為(k0, k1, …, kn-1),如果他們滿足以下的關係:ki

<= k2i+1且ki

<= k2i+2(或者ki >= k2i+1且ki >= k2i+2)(i=0, 1, …, 向下取整((n-2)/2)),則稱為堆(heap)。如果將此資料元素序列用一維陣列儲存,並將此陣列對應一棵完全二叉樹,則堆的含義可以理解為:在完全二叉樹中任何非葉子節點的關鍵字均不大於(或不小於)其左、右孩子節點的關鍵字。

堆頂如果是最小的數,那麼這個是最小堆,如果是最大的數,那麼是最大堆。

下面以最小堆為例說明。

採用自下而上的方法把序列逐步調整形成堆。需要呼叫向下調整演算法filterdown,它將以分支節點i為根的子樹調整為堆,當然在調整之前,節點i的左右子樹已經是最小堆。

該演算法的基本思想是:

先比較節點i左孩子節點和右孩子節點的關鍵字大小(如果存在左右孩子)。

如果節點i左孩子節點的關鍵字小於右孩子節點的關鍵字,則沿節點i的左分支進行調整,否則沿節點i的右分支進行調整。

用j指示i的左右孩子中關鍵字值比較小的孩子節點,然後將節點i和節點j進行關鍵字比較:

若節點i的關鍵字大於節點j的關鍵字,則交換兩節點的值。再令i=j,j=2*j+1,繼續向下一層進行調整。

若節點i的關鍵字不大於節點j的關鍵字或節點j沒有孩子時,調整結束。

有了這個向下調整演算法就可以將待構建序列調整為最小堆,演算法思想是:

首先找到按完全二叉樹節點編號排在最後面的那個分支節點i,它的左,右(如果有)孩子是葉子節點,也就是說i的左,右(如果有)子樹一定是最小堆。之後i的值遞減,每次呼叫filterdown方法,最終將整個陣列調整為最小堆。

在插入時,先把資料元素插在已經建成的最小堆的序列最後,顯然插入後很可能破壞了堆的性質,所以此時需要調整。此時還需要呼叫filterup方法,進行自下而上的調整使之符合堆的性質。

還是以最小堆為例。filterup方法的基本思想是:從插入節點j開始,比較節點j的關鍵字和其父節點i的關鍵字大小,如果節點j的關鍵字小於其父節點i的關鍵字,則交換兩個節點值,並使j=i,i=(j-1)/2繼續向上調整,直到j=0(即此時j為根節點)或者節點j的關鍵字大於其父節點i的關鍵字為止。

從堆中刪除堆頂元素後,把堆的最後乙個元素移到堆頂,並將堆的當前元素個數減一,最後需要呼叫filterdown函式從堆頂向下進行調整

在filterdown和filterup函式中while迴圈的次數不超過完全二叉樹的高度,所以對由n個資料元素組成的堆,這兩個函式的時間複雜度為o(log2n),插入和刪除的時間複雜度也是o(log2n),在構造堆的函式中呼叫了n/2次filterdown,所以時間複雜度為o(nlog2n)。

知識點7 堆

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