优先队列和堆

Posted 2020-12-24 blairgrowing

什么是优先队列？

　　优先队列也是一种队列，只不过不同的是，优先队列的出队顺序是按照优先级来的；在有些情况下，可能需要找到元素集合中的最小或者最大元素，可以利用优先队列ADT来完成操作，优先队列ADT是一种数据结构，它支持插入和删除最小值操作（返回并删除最小元素）或删除最大值操作（返回并删除最大元素）；

这些操作等价于队列的enQueue和deQueue操作，区别在于，对于优先队列，元素进入队列的顺序可能与其被操作的顺序不同，作业调度是优先队列的一个应用实例，它根据优先级的高低而不是先到先服务的方式来进行调度；

　　如果最小键值元素拥有最高的优先级，那么这种优先队列叫作升序优先队列（即总是先删除最小的元素），类似的，如果最大键值元素拥有最高的优先级，那么这种优先队列叫作降序优先队列（即总是先删除最大的元素）；由于这两种类型时对称的，所以只需要关注其中一种，如升序优先队列；

 

堆的代码

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;

#define _CRT_SECURE_N0_WARNINGS 1
struct Heap{
    int array[100];
    int size;
};

static void Swap(int *a, int *b)
{
    int t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}

//初始化
void HeapInit(Heap *pH, int source[], int size)
{
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        pH->array[i] = source[i];
    }
    //更改堆的实际大小
    pH->size = size;
}

//向下调整 大堆
//root 指的是下标  ------------->大根堆
void HeapAdjustDown(Heap* pH, int root)
{
    int parent = root;
    while (true)
    {
        // 先判断有没有孩子（叶子结点）
        // 数组角度去想   -> 孩子的下标是否越界
        // 只要判断左孩子的下标（因为是完全二叉树)
        int left = parent * 2 + 1;
        int right = parent * 2 + 2;

        if (pH->size < left) //越界 左孩子不存在
            return;

        int MaxChild = left;
        if ((pH->size >= right) && (pH->array[right]>pH->array[MaxChild]))
            MaxChild = right;

        if (pH->array[MaxChild] < pH->array[parent])
            return;

        //交换 
        swap(pH->array[MaxChild],pH->array[parent]);
        parent = MaxChild;
    }
}

//向上调整 大堆  
void HeapAdjustUp(Heap* pH, int child)
{
    int parent;
    while (child > 0)
    {
        parent = (child - 1) / 2;
        if (pH->array[parent] >= pH->array[child])
            return;
        Swap(pH->array + parent, pH->array + child);
        child = parent;
    }
}

void HeapMakeHeap(Heap* pH)
{
    //最后一个非叶子结点 last=size-1;
    //parent=(last-1)/2 = size/2-1;
    //所有非叶子结点的下标为[0 ,size/2-1]
    //从物理结构上来看 从后往前建堆 [最后一个非叶子结点size/2-1,0]
    for (int i = (pH->size - 2) / 2; i >= 0; i--) {
        HeapAdjustDown(pH, i);
    }
}

void HeapPop(Heap* pH)
{
    pH->array[0] = pH->array[pH->size - 1];
    pH->size = pH->size - 1;

    HeapAdjustDown(pH, 0);
}

int HeapTop(Heap* pH)
{
    return pH->array[0];
}

void HeapPush(Heap* pH,int data)
{
    assert(pH->size < 100);
    pH->array[pH->size++] = data;

    HeapAdjustUp(pH, pH->size-1);
}



void Test()
{
    int array[] = { 53, 17, 78, 9, 45, 65, 87, 23, 31 };
    int size = sizeof(array) / sizeof(int);

    Heap    heap;
    HeapInit(&heap, array, size);
    HeapMakeHeap(&heap);

    HeapPop(&heap);

    HeapPush(&heap, 100);
    printf("%d
", HeapTop(&heap));

    printf("Create dump
");
}




int main()
{
    Test(); 
    return 0;
}