【数据结构】堆(一)——堆的实现(一)

简介: 【数据结构】堆(一)——堆的实现(一)

作者:一个喜欢猫咪的的程序员

专栏:《数据结构》

喜欢的话:世间因为少年的挺身而出,而更加瑰丽。                                  ——《人民日报》

目录

堆的概念及结构:

堆的实现思路:(我们以大堆为例)

需要实现的接口:

实现的一些细节:

HeapPush函数:

Ajustup函数:

HeapPop函数:

Ajustdown函数:

代码实现:

Heap.h文件:

Heap.c文件:

Test.c文件:


堆的概念及结构:


如果有一个关键码的集合K = { , , ,…, },把它的所有元素按完全二叉树的顺序存储方式存储

在一个一维数组中,并满足: <= 且 <= ( >= 且 >= ) i = 0,1,2…,则称为小堆(或大堆)。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。


  • 父节点都比其的子节点大的完全二叉树叫做大堆。
  • 父节点都比其的子节点小的完全二叉树叫做小堆。

堆的性质:

  • 堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值;
  • 堆总是一棵完全二叉树。


堆的实现思路:(我们以大堆为例)


需要实现的接口:

void Swap(HPDataType* p1, HPDataType* p2);
void HeapCreate(HP* php, HPDataType* a, int n);
void HeapPrintf(HP* php);
void HeapInit(HP* php);
void HeapDestroy(HP* php);
void HeapPush(HP* php, HPDataType x);
void HeapPop(HP* php);
HPDataType HeapTop(HP* php);
int HeapSize(HP* hp);
bool HeapEmpty(HP* hp);
void Ajustdown(HPDataType* a, int n, int parent); 
void Ajustup(HPDataType* a, int n);

从堆的结构中,我们了解到堆是一个数组a,并且后续我们可能需要对数组进行扩容和缩小,因此我们还需要两个变量:有效长度size和容量capacity

实现的一些细节:


HeapInit、HeapDestroy、HeapPrintf函数没有什么好说的。

void HeapInit(HP* php)
{
  assert(php);
  php->capacity = 0;
  php->size = 0;
  php->a = NULL;
}
void HeapDestroy(HP* php)
{
  assert(php);
  assert(php->a);
  free(php->a);
  free(php);
}
void HeapPrintf(HP* php)
{
  assert(php);
  for (int i = 0; i < php->size; i++)
  {
    printf("%d ", php->a[i]);
  }
  printf("\n");
}

HeapPush函数:

因为我们的存储结构是一个数组,Push就直接添加数据吗?

capacity==size时扩容一下(包括初始化的方案),当size==0时,扩容4个空间,否则扩容二倍的空间,capacity也跟着扩大,当push后size++。

以大堆为例:

100比30大,30和100需要调换位置,然后100又比70大,70和100需要再次调换位置。

我们添加的数据x作为子节点childchild可能会比它的父节点parent大。因此需要将child向上调整Ajustup。

void HeapPush(HP* php, HPDataType x)
{
  assert(php);
  if (php->size == php->capacity)
  {
    int newcapacity=php->capacity == 0 ? 4 : 2 * php->capacity;
    HPDataType* tmp=(HPDataType*)realloc(php->a, sizeof(HPDataType) * newcapacity);
    if (tmp == NULL)
    {
      perror("realloc fail");
      exit(-1);
    }
    php->a = tmp;
    php->capacity = newcapacity;
  }
  php->a[php->size++] = x;
  Ajustup(php->a, php->size-1);
}
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