二叉堆

2023-11-11

二叉堆
在学习二叉堆之前,我们得理解堆是什么?
定义:堆通常可以看作成一个树。它有任意节点的值都不大于(不小于)其子节点的值;
二叉堆的意思就是,它有两个子节点。可分为最大堆和最小堆。
最大堆:父节点的值总是大于或等于任何一个子节点的值;
最小堆:父节点的值总是小于或等于任何一个子节点的值;
如图所示
在这里插入图片描述
性质:
1.下标为i的父节点的左孩子的下标值为2i+1,右孩子的下标值为2i+2(i为0开始)
2.下标为i的父节点的左孩子的下标值为2i,右孩子的下标值为2i+1(i为1开始)
你可以这样理解为就是一个由上至下,由左至右的一个数组。(反正我是这么理解的)
二叉堆的添加
当我们在向最大堆添加数据的时候,一般是先将数据加入到最大堆的最后,然后依次比较其值与其父节点的值,如果其值大于父节点,则可以自定义一个swap函数,将二者交换。最小推的添加也是一样。
二叉堆的删除
当我们从最大堆中删除数据的时候,先删除该数据,然后用最大堆最后一个元素插入该空位,接着再将该“空位”往上挪,知道变成一个最大堆。
学以致用,我们来看一道例题。
例题
在一个果园里,达达已经将所有的果子打了下来,而且按果子的不同种类分成了不同的堆。
达达决定把所有的果子合成一堆。
每一次合并,达达可以把两堆果子合并到一起,消耗的体力等于两堆果子的重量之和。
可以看出,所有的果子经过n-1次合并之后,就只剩下一堆了。
达达在合并果子时总共消耗的体力等于每次合并所耗体力之和。
因为还要花大力气把这些果子搬回家,所以达达在合并果子时要尽可能地节省体力。
假定每个果子重量都为1,并且已知果子的种类数和每种果子的数目,你的任务是设计出合并的次序方案,使达达耗费的体力最少,并输出这个最小的体力耗费值。
例如有3种果子,数目依次为1,2,9。
可以先将1、2堆合并,新堆数目为3,耗费体力为3。
接着,将新堆与原先的第三堆合并,又得到新的堆,数目为12,耗费体力为12。
所以达达总共耗费体力=3+12=15。
可以证明15为最小的体力耗费值。
输入格式
输入包括两行,第一行是一个整数n,表示果子的种类数。
第二行包含n个整数,用空格分隔,第i个整数ai是第i种果子的数目。
输出格式
输出包括一行,这一行只包含一个整数,也就是最小的体力耗费值。
输入数据保证这个值小于231。
数据范围
1≤n≤10000,
1≤ai≤20000
输入样例:
3
1 2 9
输出样例:
15
分析:该题目是要求最小的体力耗费值,那么我们两个最小的值在二叉堆中的深度要最深,这样他们路径最远,而且最小,所以可以使得体力耗费值最小。我们就可以建立一个最大堆,将所有的值成堆,在成堆的时候,我们得找出一个父节点,然后交换,因此我们需要两个自定义函数,一个找出父节点,一个交换。然后在用k值记录体力值,用temp累加。
这就是我们的思路。

#include<stdio.h>
int n,a[10100],temp=0;
void swap(int n,int m)//自定义一个互换函数
{
	int t;
	t=n;
	n=m;
	m=t;
}
void exchange(int i,int n)//根据上述性质,找到父节点,然后符合条件就交换
{
    while(i*2<=n)
    {
        int j=i*2;
        if(j+1<=n&& a[j+1]<a[j]) 
        j++;//找出父节点
        if(a[i]>a[j])//交换
        {
            swap(a[i],a[j]);
            i=j;
        }
        else break;
    }
}
int main()
{
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++)
     scanf("%d",&a[i]);
    for(int i=n/2;i>=1;i--) 
    exchange(i,n);//成堆
    int k=0;
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        k=a[1];
        a[1]=a[n-i+1];
        exchange(1,n-i);
        temp+=a[1]+k;//累加
        a[1]+=k;
        exchange(1,n-i);
    }
    printf("%d\n",temp);
    return 0;
}
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