STL---heap概述,make_heap,sort_heap,pop_heap,push_heap


heap並不屬於STL容器組件,它分爲 max heap 和min heap,在缺省情況下,max-heap是優先隊列(priority queue)的底層實現機制。

而這個實現機制中的max-heap實際上是以一個vector表現的完全二叉樹(complete binary tree)。

二叉堆(binary heap)就是i一種完全二叉樹。也即是。整棵二叉樹除了最底層的葉節點以外,都是填滿的,而最低層的葉子結點必須是從左到右不留空隙。

至於max-heap和min-heap,前者的任何一個父親結點都必須大於等於他的任意子結點,而後者相反。

上面表示的是一顆完全二叉樹。

下面我們利用數組來隱式表達這棵數:

第0號元素保留,從arry[1]開始保存A,這時候我們可以輕易的看到:

位於位置i的某個結點arry[i],他的左子結點必然在arry[2*i]中,右子結點必然位於arry[2*i+1],其父親結點必然位於arry[i/2]處。

這種數組表達的方式我們 稱爲 隱式表達。

當然由於arry大小是靜態的,不能動態添加元素,我們可以使用vector來實現。

heap-算法:

push_heap():新添加一個元素在末尾,然後重新調整堆序。也就是把元素添加在底層vector的end()處。

該算法必須是在一個已經滿足堆序的條件下,添加元素。該函數接受兩個隨機迭代器,分別表示first,end,區間範圍。

關鍵是我們執行一個siftup()函數,上溯函數來重新調整堆序。具體的函數機理很簡單,可以參考我的編程珠璣裏面堆的實現的文章。

pop_heap()這個算法跟push_heap類似,參數一樣。不同的是我們把堆頂元素取出來,放到了數組或者是vector的末尾,用原來末尾元素去替代,

然後end迭代器減1,執行siftdown()下溯函數來重新調整堆序。

注意算法執行完畢後,最大的元素並沒有被取走,而是放於底層容器的末尾。如果要取走,則可以使用底部容器(vector)提供的pop_back()函數。

sort_heap()算法:

既然每次pop_heap可以獲得堆中最大的元素,那麼我們持續對整個heap做pop_heap操作,每次將操作的範圍向前縮減一個元素。

當整個程序執行完畢後,我們得到一個非降的序列。

同理,sort_heap(RamdomAccessIteraor first,RamdomAccessIteraor end)接受兩個隨機迭代器作爲參數。表示操作的範圍。

注意這個排序執行的前提是,在一個堆上執行。

make_heap()算法:

建立一個堆。很簡單吧。接受的參數同上。

注意 

make_heap(_First, _Last, _Comp)

默認是建立最大堆的。對int類型,可以在第三個參數傳入greater<int>()得到最小堆,傳入less<int>()得到最大堆。

第三個參數_comp是默認的,make_heap,push_heap,pop_heap 都包含這個參數




下面我們來看測試實例吧:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
  int ia[9]={0,1,2,3,4,8,9,3,5};
  vector<int> ivec(ia,ia+9);  //底層我們使用vector來實現,可以動態添加元素。 
  
  make_heap(ivec.begin(),ivec.end());
  for(int i=0;i!=ivec.size();i++)cout<<ivec[i]<<" ";
  cout<<endl;
  
  ivec.push_back(7);
  push_heap(ivec.begin(),ivec.end());//這裏可以用make_heap替換。 
  for(int i=0;i!=ivec.size();i++)cout<<ivec[i]<<" ";
  cout<<endl;
  
  pop_heap(ivec.begin(),ivec.end());
  cout<<ivec.back()<<endl;
  ivec.pop_back();
  for(int i=0;i!=ivec.size();i++)cout<<ivec[i]<<" ";
  cout<<endl;
  
  sort_heap(ivec.begin(),ivec.end());
  for(int i=0;i!=ivec.size();i++)cout<<ivec[i]<<" ";
  cout<<endl;
  ////////////////////////////////////////////////////
  {
    int ia[9]={0,1,2,-1,4,8,9,3,5};//底層我使用數組來完成。 
    make_heap(ia,ia+9);
    for(int i=0;i<9;i++)cout<<ia[i]<<" ";
    cout<<endl;
    sort_heap(ia,ia+9);
    for(int i=0;i<9;i++)cout<<ia[i]<<" ";
    cout<<endl;
  }
  
  
  return 0;
}

文章摘自 :  http://blog.csdn.net/xiaozhuaixifu/article/details/9204287
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