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      堆与堆排序

     



      定义:堆是一颗完全二叉树,且满足子结点不大于父节点或不小于父节点,即小根堆和大根堆。堆的每一棵子树也都是一个堆。

      下图为一个大根堆。

      基本操作:最基本的操作包括插入(insert),向上调整(up),删除(delete),向下调整(down),查询(quary)。

      插入insert:

      给定你一个元素以后将其插入已有的堆中,直接放在堆的末端,再向上调整即可。

      Code:  

    inline void up(int ka)
    {
        while(ka>1)
        {
            if(heap[ka]<heap[ka/2])
            {
                swap(heap[ka],heap[ka/2]);
                ka/=2;
            }
            else break;
        }
    }
    inline void insert(int x)
    {
        heap[++size]=x;
        up(size);
    }

      删除delete:

      一般是将堆顶元素删除,直接将堆末端的元素放到堆顶,再将堆的size--,然后想下调整就可以了。

      Code:

    inline void down(int ka)
    {
        int s=ka*2;
        while(s<=size)
        {
            if(s<size&&heap[s+1]<heap[s])
            s++;
            if(heap[ka]>heap[s])
            {
                swap(heap[ka],heap[s]);
                ka=s;s=ka*2;
            }
            else break;
        }
    }
    inline void erase()
    {
        heap[1]=heap[size--];
        down(1);
    }

      查询quary:

      直接输出堆顶元素即可,没什么好讲的。

     


    堆排序


      部分转载自https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6129630.html,转载请注明出处

      堆排序是利用堆的性质来进行数据排序的排序方法。堆排序属于选择排序,是不稳定的排序,最坏、最好、平均时间复杂度均为O(nlogn)。

    堆排序的基本思想是:将待排序序列构造成一个大顶堆,此时,整个序列的最大值就是堆顶的根节点。将其与末尾元素进行交换,此时末尾就为最大值。然后将剩余n-1个元素重新构造成一个堆,这样会得到n个元素的次小值。如此反复执行,便能得到一个有序序列了

     

    步骤一 构造初始堆。将给定无序序列构造成一个大顶堆(一般升序采用大顶堆,降序采用小顶堆)。

      a.假设给定无序序列结构如下

    2.此时我们从最后一个非叶子结点开始(叶结点自然不用调整,第一个非叶子结点 arr.length/2-1=5/2-1=1,也就是下面的6结点),从左至右,从下至上进行调整。

    4.找到第二个非叶节点4,由于[4,9,8]中9元素最大,4和9交换。

    这时,交换导致了子根[4,5,6]结构混乱,继续调整,[4,5,6]中6最大,交换4和6。

     

    此时,我们就将一个无需序列构造成了一个大顶堆。

     

    步骤二 将堆顶元素与末尾元素进行交换,使末尾元素最大。然后继续调整堆,再将堆顶元素与末尾元素交换,得到第二大元素。如此反复进行交换、重建、交换。

    a.将堆顶元素9和末尾元素4进行交换

     

    b.重新调整结构,使其继续满足堆定义

      

    c.再将堆顶元素8与末尾元素5进行交换,得到第二大元素8.

    后续过程,继续进行调整,交换,如此反复进行,最终使得整个序列有序 

    再简单总结下堆排序的基本思路:

      a.将无需序列构建成一个堆,根据升序降序需求选择大顶堆或小顶堆;

      b.将堆顶元素与末尾元素交换,将最大元素"沉"到数组末端;

      c.重新调整结构,使其满足堆定义,然后继续交换堆顶元素与当前末尾元素,反复执行调整+交换步骤,直到整个序列有序。


    几道题(mu)目(ban) 


    Luogu.org P1090 合并果子

    Luogu.org P1168 中位数

    Luogu.org P2085 最小函数值

    Luogu.org P1801 黑匣子

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