STL 堆常用操作 - STEMHA's Blog

STL 堆常用操作

基本概念

  • STL中并没有把heap作为一种容器组件,heap的实现亦需要更低一层的容器组件(诸如list,array,vector)作为其底层机制。

  • Heap是一个类属算法,包含在< algorithm >中。

  • STL中关于heap默认调整成的是大顶堆,可以用自定义的compare_fuction函数实现大顶堆或小顶堆。

  • heap的低层机制vector本身就是一个类模板,heap基于vector便实现了对各种数据类型(无论基本数据类型还是用户自定义的数据类型)的堆排(前提是用户自定义的数据类型要提供比较机制compare_fuction函数)。

  • 堆是一棵树完全二叉树,对于该完全二叉树中的每一个结点x,其关键字大于等于(或小于等于)其左右孩子结点,而其左右子树均为一个二叉堆。

  • 在上述的定义中,若堆中父亲结点关键字的值大于等于孩子结点,则称该堆为大顶堆;若堆中父亲结点关键子的值小于等于孩子结点,则称该堆为小顶堆。

  • 由于堆是一棵完全二叉树,所以我们可以很轻易地用一个数组存储堆中的每一个元素,并且由子结点访问到其父亲结点和由父亲结点访问到其子结点。

头文件

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# include < algorithm >

STL堆操作

STL里面的堆操作一般用到的只有4个。

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make_heap           Make heap from range (function template)
push_heap Push element into heap range (function template)
pop_heap Pop element from heap range (function template)
sort_heap Sort elements of heap (function template)

make_heap

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template <class RandomAccessIterator>
void make_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last );

template <class RandomAccessIterator, class Compare>
void make_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp );

一个参数是数组或向量的头指针,第二个向量是尾指针。第三个参数是比较函数的名字。在缺省的时候,默认是大跟堆。
作用 :以[ begin,end )内元素建立堆。

push_heap

向堆中插入元素分为两个步骤:

  1. 先将待插入的元素插入到底层容器的末端,通过push_back函数实现。
  2. 再调用push_heap(b,e,cmp)函数堆新插入的元素做向上调整。

所以,调用push_heap函数之前,先要保证待插入的元素已经放到了原容器的末尾,否则push_heap就做了无用功。

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template <class RandomAccessIterator>
void push_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last );

template <class RandomAccessIterator, class Compare>
void push_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp );

假设由[first,last-1)是一个有效的堆,然后,再把堆中的新元素加进来(新元素放到最后一个位置),做成一个堆。

sort_heap

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template <class RandomAccessIterator>
void sort_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last );

template <class RandomAccessIterator, class Compare>
void sort_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp );

sort_heap对[first,last)中的序列进行排序。它假设这个序列是有效堆。(当然,经过排序之后就不是一个有效堆了)

pop_heap

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template <class RandomAccessIterator>
void pop_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last );

template <class RandomAccessIterator, class Compare>
void pop_heap ( RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp );

不是真的把最大(最小)的元素从堆中弹出来,而是重新排序堆,使得第一个和最后一个进行交换,但是并不弹出最大值。它把first和last交换,然后将[first,last-1)的数据再做成一个堆。
需要手动删除最后一个元素(a.pop_back());

示例

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// range heap example
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

int main () {
int myints[] = {10,20,30,5,15};
vector<int> v(myints,myints+5);
vector<int>::iterator it;

make_heap (v.begin(),v.end()); 建立堆
cout << "initial max heap : " << v.front() << endl;

pop_heap (v.begin(),v.end());
v.pop_back();
cout << "max heap after pop : " << v.front() << endl;

v.push_back(99); 添加元素
push_heap (v.begin(),v.end());
cout << "max heap after push: " << v.front() << endl;

sort_heap (v.begin(),v.end()); 排序堆中元素

cout << "final sorted range :";
for (unsigned i=0; i<v.size(); i++)
cout << " " << v[i];

cout << endl;

return 0;
}

输出:

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initial max heap   : 30
max heap after pop : 20
max heap after push: 99
final sorted range : 5 10 15 20 99

参考资料

C++ primer
C++ Library Reference
STL 堆heap的用法
C++ STL 常见算法(比较详细)
STL之heap相关操作算法 //写的详细

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