二叉堆是一棵完全二叉树,一般用数组来表示,且下标从1开始。
假设某个非根节点的下标为n(>1),那么它的:
- 左子节点下标为2n
- 右子节点下标为2n+1
- 父节点下标为n/2
堆的性质
根据父子节点的大小关系,二叉堆可分为大根堆和小根堆。
- 大根堆:h[i] >= h[2i], h[i] >= h[2i+1]
- 小根堆:h[i] <= h[2i], h[i] <= h[2i+1]
二叉堆支持的操作有建堆、插入、弹出最值等,下面以大根堆为例分别说明。
建堆操作
建堆过程是调整现有数组的顺序,使之满足堆的性质。做法是从最后一个分支节点(下标为n/2)开始,到根节点为止,依次对每个分支节点做下沉操作,总时间复杂度为O(n)。
void down(int idx) {
int i, j;
for (i = idx; (j = 2*i) <= size; i = j) {
if (j+1 <= size && h[j+1] > h[j])
j += 1;
if (h[j] <= h[i]) break;
swap(h[i], h[j]);
}
}
void heapify(int n) {
size = n;
for (int i = n/2; i >= 1; i--)
down(i);
}
添加元素操作
先将元素放到最后,再上浮调整以满足堆的性质,时间复杂度为O(logn)。
void up(int idx) {
while (idx > 1 && h[idx] > h[idx/2]; i /= 2)
swap(h[i], h[i/2]);
}
void push(int val) {
size += 1;
h[size] = val;
up(size);
}
弹出最值操作
二叉堆的最值在堆顶,即下标为1的位置。
弹出最值后,把最后的元素补到该处,对它做下沉操作,时间复杂度为O(logn)。
int top() {
return h[1];
}
void pop() {
h[1] = h[size];
size -= 1;
down(1);
}
判空操作
bool empty() {
return size == 0;
}