优先队列(最小堆)

本文介绍了优先队列的概念,其使用二叉堆作为基础数据结构。二叉堆是一种完全填充的二叉树,满足堆序性,即根节点的值小于或等于其子节点的值。优先队列在插入和删除操作中需维护这一性质,以确保最小值始终在根节点。内容引用自《数据结构与算法分析》。

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优先队列:使用了二叉堆来实现。
二叉堆:实际上是一颗被完全填满的二叉树。它具有堆序性。而最小值在根的位置。并且使用的是数组实现,一个I元素左儿子在2I上,右儿子在2I+1上。父亲则在I/2上。

为了保证堆序性,我们在插入和删除操作上要注意。在插入时我们就要调整整个堆保证每个子树的根节点最小。删除时也一样。

#include<new>
#include<iostream>
template <typename T>struct HeapNode{
    int Capacity;
    int Size;
    T * Elements;   
};



template <typename T> class PriorityQueue{
    private:
        typedef struct HeapNode<T> * Priorityqueue;
        Priorityqueue H;
    public:
        Priorityqueue Initialize( int MaxElements )
        {
            H = new HeapNode<T>;
            H->Elements = new T[MaxElements];
            H->Capacity = MaxElements;
            H->Size = 0;
            H->Elements[0] = 0;//最小标志

            return H; 
        }


        void Insert( T X )
        {
            int i;
            if( IsFull( ) )
            {
                return ;
            }
            for( i = ++H->Size ; H->Elements[i/2] > X ; i /= 2 )//从最后一个节点开始找到比插入值小的节点然后插入。 
                H->Elements[i] = H->Elements[i/2]; //父节点值给到子节点 
            H->Elements[i] = X;

        }

        T DeleteMin( )
        {
            int i, Child;
            T MinElement ,LastElement;
            if( IsEmpty() )
            {
                return H->Elements[0];
             } 

             MinElement = H->Elements[1];//记录最小节点
             LastElement = H->Elements[ H->Size-- ];//节点数减1并且保存在LastElement中

            for( i = 1 ; i * 2 <= H->Size ; i = Child )//现在根节点为空依次上滤其他节点,并找到插入最后一个节点的位置I。
            {
                Child = i*2;
                if( Child != H->Size && H->Elements[ Child + 1] < H->Elements[ Child ]);
                    Child++;
                if( LastElement > H->Elements[Child] )
                    H->Elements[i] = H->Elements[Child];
                else
                    break;
            }
            H->Elements[i] = LastElement;//把原本的最有一个元素放入I位置上。
            return MinElement;
        }

        T FindMin(  )
        {
            return H->Elements[1];
        }

        bool IsEmpty(  )
        {
            if( H->Size == 0 )
                return true;
            else
                return false;
        }

        bool IsFull(  )
        {
            if( H->Size == H->Capacity )
                return true;
            else
                return false;

        }

        PriorityQueue(T a[], int number)
        {
            H =  Initialize( number * 2 );
            for(int i = 0 ; i < number ; i++ )
            {
                Insert( a[i] );
            }
        }

        ~PriorityQueue()
        {
            delete []H->Elements;
            delete H;
        }

};

参考书籍:《数据结构与算法分析》

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