堆和搜索树

本文介绍如何使用C++实现最大堆类、Huffman树及二叉搜索树的构建。主要内容包括最大堆的插入与删除操作、Huffman编码生成、二叉搜索树的插入与遍历等。同时,通过键盘录入一系列整数来展示这些数据结构的实际应用。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

本文章主要包括以下内容:
1、 创建最大堆类。最大堆的存储结构使用链表。
2、 提供操作:堆的插入、堆的删除。堆的初始化。Huffman树的构造。二叉搜索树的构造。
3、 接收键盘录入的一系列整数,输出其对应的最大堆、Huffman编码以及二叉搜索树。
4、 堆排序。
下面是c++代码实现:


#include <stdio.h>
#include <iostream>  
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <stack>  
using namespace std;  



#define MAXSIZE 20
#define MAXDEPTH 10

class BinaryTreeNode//二叉树节点类
{
public:
    BinaryTreeNode() {leftChild = rightChild = 0;}
    BinaryTreeNode(int d) {data = d; leftChild = rightChild = 0;}
    BinaryTreeNode(int d, BinaryTreeNode* left, BinaryTreeNode* right) {data = d; leftChild = left; rightChild = right;}

    int data;
    BinaryTreeNode* leftChild;
    BinaryTreeNode* rightChild;
};

class MaxHeap//最大堆类
{
private:
    int currentSize, maxSize;
    int* heap;
public:
    MaxHeap(int size = 10)//类初始化
    {
        maxSize = size;
        heap = new int[maxSize + 1];
        currentSize = 0;
    }
    void init(int array[], int arrayCurrentSize, int arrayMaxSize)//接收一个数组产生一个最大堆
    {
        delete [] heap;
        heap = array;
        currentSize = arrayCurrentSize;
        maxSize = arrayMaxSize;

        // 产生一个最大堆
        for(int i = currentSize / 2; i >= 1; i--)
        {
            int y = heap[i];// 子树的根

            // 寻找放置 y的位置
            int c = 2*i;// c的父节点是y的目标位置
            while(c <= currentSize)
            {
                if(c < currentSize && heap[c] < heap[c + 1]) c++;

                if(y >= heap[c]) break;//同一层比较大的

                heap[c / 2] = heap[c];//孩子上移
                c *= 2;
            }
            heap[c / 2] = y;
        }
    }
    void insert(int x)//插入一个元素
    {
        if(currentSize == maxSize) {cout << "out of bounds"; return;}

        int i = ++currentSize;
        while(i != 1 && x > heap[i / 2])
        {
            heap[i] = heap[i / 2];
            i /= 2;
        }
        heap[i] = x;
    }
    int deleteMax()//删除最大元素
    {
        if(currentSize == 0) {cout << "there is no mem"; return -1;}

        int x = heap[1];
        // 重构堆
        int y = heap[currentSize--];// 最后一个元素
        // 从根开始,为 y 寻找合适的位置
        int i = 1;
        int ci = 2;
        while(ci <= currentSize)
        {
            if(ci < currentSize && heap[ci] < heap[ci + 1]) ci++;

            if(y >= heap[ci]) break;//这是while的跳出条件,即为最后的节点找到适当的位置

            heap[i] = heap[ci];//把孩子放入上一层
            i = ci;//下移一层
            ci *= 2;
        }
        heap[i] = y;

        return x;
    }

};


//下面是堆排序
void heapSort(int a[], int n)
{
    int b[n + 1];

    MaxHeap maxHeap;
    maxHeap.init(a, n, n);

    for(int i = 1; i <= n; i++)
    {
        cout << maxHeap.deleteMax() << endl;
    }
    for(int i = 1; i <= n; i++)
    {
        a[i] = b[i];
    }
}


class BinarySearchTree//搜索树类
{
public:
    BinaryTreeNode* root;
    BinarySearchTree() {root = 0;}

    void insert(int e)//插入一个元素
    {
        BinaryTreeNode* p = root;
        BinaryTreeNode* pp = 0;// p的父节点指针

        while(p)

        {//检查 p - > d a t a
            pp = p;
            if(e < p->data) p = p->leftChild;// 将p移向孩子节点
            else if(e > p->data) p = p->rightChild;
            else {cout << "bad input"; return;}//又重复的
        }

        // 为e 建立一个节点,并将该节点连接至 to pp                                                                                                  
        BinaryTreeNode* r = new BinaryTreeNode(e);
        if(root)
        {
            if(e < pp->data) pp->leftChild = r;
            else pp->rightChild = r;
        }
        else
            root = r;
    }
    void preOrder(BinaryTreeNode* t)//前序遍历
    {
        if(t != NULL)
        {
            preOrder(t->leftChild);
            cout << t->data << endl;
            preOrder(t->rightChild);
        }
    }

};


class HuffmanTree
{
public:
    //数组a储存的是各个树的权重
    HuffmanTree(int a[], int n)
    {
        b = new BinaryTreeNode*[100];

        for(int i = 0; i < n; i++)
            b[i] = new BinaryTreeNode(a[i + 1]);


        for(int i = 1; i < n; i++)//进行 n-1 次循环建立哈夫曼树
        {
            //k1表示森林中具有最小权值的树根结点的下标,k2为次最小的下标
            int k1 = -1, k2;
            for(int j = 0; j < n; j++)//让k1初始指向森林中第一棵树,k2指向第二棵
            {
                if(b[j] != NULL && k1 == -1)
                {
                    k1 = j;
                    continue;
                }
                if(b[j] != NULL)
                {
                    k2 = j;
                    break;
                }
            }
            for(int j = k2; j < n; j++)//从当前森林中求出最小权值树和次最小
            {
                if(b[j] != NULL)
                {
                    if (b[j]->data < b[k1]->data)
                    {
                        k2 = k1;
                        k1 = j;
                    }
                    else if (b[j]->data < b[k2]->data)
                        k2 = j;
                }
            }
            //下面是最小和次最小的合并
            BinaryTreeNode *q = new BinaryTreeNode();
            q->data = b[k1]->data + b[k2]->data;
            q->leftChild = b[k1];
            q->rightChild = b[k2];

            b[k1] = q;
            b[k2] = NULL;

        }
    }

    void preOrder(BinaryTreeNode* b)//这是遍历一个树的函数
    {
        if (b != NULL)
        {
            cout << b->data << endl;
            preOrder(b->leftChild);
            preOrder(b->rightChild);
        }
    }
    void printCode(BinaryTreeNode* b, int len)//这是打印霍夫曼编码的函数
    {
        static int code[MAXDEPTH];
        if(b != NULL)
        {
            if(b->leftChild == NULL && b->rightChild == NULL)
            {
                cout << "the huffman code of " << b->data << " is ";
                for(int i = 0; i < len; i++)
                {
                    cout << code[i];
                }
                cout << endl;

            }
            code[len] = 0;
            printCode(b->leftChild, len + 1);
            code[len] = 1;
            printCode(b->rightChild, len + 1);
        }
    }

    BinaryTreeNode** b;
};



int main()
{
    int a[MAXSIZE];
    int n;
    cout << "输入数组长度:" << endl;
    cin >> n;   //输入样例 5
    cout << "输入数据:" << endl;
    for(int i = 1; i <= n; i++) //输入样例 1 32 21 35 41
        cin >> a[i];

    cout << "bst:" << endl;
    BinarySearchTree bstree;
    for(int i =1; i <= 5; i++)
        bstree.insert(a[i]);
    cout << "preOrder:" << endl;
    bstree.preOrder(bstree.root);

    cout << "huffman:" << endl;
    HuffmanTree htree(a, 5);
    htree.preOrder(*htree.b);
    // htree.printCode(htree.b[0], 0);

    cout << "heap sort:" << endl;
    heapSort(a, 5);
    system("pause");
    return 0;
}
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