C语言关于二叉树中堆的创建和使用整理

C语言关于二叉树中堆的创建和使用整理

目录

一、堆的创建

1、向上调整算法建堆

2、向下调整算法建堆

二、堆排序

1、建堆

2、利用堆删除思想来进行排序

一、堆的创建

下面我们先看一段代码:

void HeapSort(int* a, int size) { // 建小(da)堆 HP hp; HeapInit(&hp); // O(N*logN) for (int i = 0; i < size; ++i) { HeapPush(&hp, a[i]);// O(N)空间复杂度 } HeapPrint(&hp); // O(N*logN) 排序 size_t j = 0; while (!HeapEmpty(&hp)) { a[j] = HeapTop(&hp); j++; HeapPop(&hp); } HeapDestroy(&hp); }

这是一段堆排序的算法,从代码中我们可以看出,当传入一个数组时,我们申请了额外一块空间来创建堆,这时空间复杂度为O(N),这显然存在缺陷,需要改进!

下面我们介绍两种调整算法来创建堆,就在原数组空间上进行堆的创建,空间复杂度为O(1)!

1、向上调整算法建堆 for (int i = 1; i < n; i++) { AdjustUp(a, i); }

代码解释:在数组中从第二个元素出发,在逻辑上依次进行向上调整。

向上调整建堆方式对于建大堆还是小堆关键在于AdjustUp函数。

void AdjustUp(HPDataType* a, HPDataType child){ assert(a); //int child = php->size - 1; int parent = (child - 1) / 2; while (a[parent] > a[child] && parent >= 0)//小堆!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! { Swap(&a[parent], &a[child]); child = parent; parent = (child - 1) / 2; } } while (a[parent] < a[child] && parent >= 0)//大堆!!!!!!!!!!!!!!!!!!! { Swap(&a[parent], &a[child]); child = parent; parent = (child - 1) / 2; } 2、向下调整算法建堆

注意:向下调整时,必须保证子树都是堆,所以从最后一个非叶子节点(最后一个节点的父亲)开始依次进行向下调整算法!

for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--) { AdjustDown(a, n, i); }

代码解释:在数组中从第(n - 1 - 1) / 2个元素出发,在逻辑上依次进行向下调整。

向下调整建堆方式对于建大堆还是小堆关键在于AdjustDown函数。

建小堆:

void AdjustDown(HPDataType* a, size_t size, size_t root){ size_t parent = root; size_t child = parent * 2 + 1; while (child < size) { //选出左右孩子小的那一个 if (child + 1 < size && a[child + 1] < a[child]) { child++; } //向下调整,如果孩子小于父亲,则交换,继续向下调整 if (a[child] < a[parent]) { Swap(&a[child], &a[parent]); parent = child; child = parent * 2 + 1; } else { break; } } }

建大堆:

while (child < size) { //选出左右孩子大的那一个 if (child + 1 < size && a[child + 1] > a[child]) { child++; } //向下调整,如果孩子da于父亲,则交换,继续向下调整 if (a[child] > a[parent]) { Swap(&a[child], &a[parent]); parent = child; child = parent * 2 + 1; } else { break; } }

两种创建方式的区别:

主要在于时间复杂度上:

向上调整算法的时间复杂度是O(N * log N);

向下调整算法的时间复杂度是O(N);

所以常选用向下调整算法!

二、堆排序

堆排序即利用堆的思想来进行排序,总共分为两个步骤:

1、建堆

升序:建大堆

降序:建小堆

2、利用堆删除思想来进行排序

建堆和堆删除都用到了向下调整算法,因此掌握了向下调整,就可以完成堆排序!

void HeapSort(int * a, int n){ assert(a); //向上调整--建堆 向上建堆的复杂度比向下的高 /*for (int i = 1; i < n; i++) { AdjustUp(a, i); }*/ //向下调整,必须保证子树都是堆,所以从后往前 for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--) { AdjustDown(a, n, i);//这里的函数是对应上文的建小堆的AdjustDown函数 }//小堆--对应降序排列 size_t end = n - 1; while (end > 0) { Swap(&a[0], &a[end]); AdjustDown(a, end, 0);//这里的函数是对应上文的建小堆的AdjustDown函数 --end; } } int main() { //TestHeap(); int a[] = { 4, 2, 7, 8, 5, 1, 0, 6 }; HeapSort(a, sizeof(a) / sizeof(int)); for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); ++i) { printf("%d ", a[i]); } printf("\n"); system("pause"); return 0; }

8 7 6 5 4 2 1 0//降序排列
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