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python数据结构——优先级队列,利用最小堆实现

时间:2023-08-17

python的堆模块,heapq,默认为小根堆,操作:

heapq.heappush(heap,x)   #把x压入堆

heapq.heappop(heap)

heapq.heapreplace(heap,x) #删除最小根,然后压入x

heapq.heapify([2,5,1])  #让列表具有堆特征

用heapq实现大根堆时,入堆和出堆操作,变换为push(-e),  -pop(e) .

from pythonds.trees import BinaryHeap堆heap,可以看做一个完全二叉树的数组对象。常见的堆有二叉堆和斐波那契堆。二叉堆的变体中,根据根节点的最大和最小分为最大堆和最小堆。我们用来存储堆元素的方法依赖堆的有序性:对于堆中任意元素x,x及其父元素p,总是有p<=x。完全二叉树: 除了底层,其他层的节点都是满的。在最底层,从左往右填充节点。实现优先级队列的经典方法是二叉堆,即一棵用列表来表达的二叉树。父节点下标为i,子节点的下标为2*i,2*i+1。节点m的父节点为m/2。优先级队列的插入和删除。插入:先插入到列表最后,然后上浮。删除:最后一个元素调换到根节点,将其下沉。

二叉堆的操作7个

BinaryHeap()  #创建空的二叉堆

BuildHeap(list)  根据列表创建二叉堆

insert(k)   插入元素

findMin()    返回最小值

delMin()   返回最小值并删除根节点

isEmpty()   判断堆是否为空

size()   返回堆的元素个数

创建空的二叉堆

class BinaryHeap: def __ini__(self): self.heapList=[0] self.currentsize=0

insert(k)

def insert(self): self.heapList.append(k) self.currentsize+=1 self.percUp(self.currentsize)def percUp(self,i): while i//2>0: if self.heapList[i]

 delMin()。问题:移除根节点之后,怎么重建堆的有序性和结构性质。1.把最后一个元素移到根节点,保证结构性质。2.元素下沉,保证有序性。

def delMin(self): re=self.heapList[1] self.heapList[1]=self.heapList[self.currentsize] self.currentsize-=1 self.heapList.pop() self.percDown(1) return redef percDown(self,i): while i*2<=self.currentsize m=minChild(i) if self.heapList[m]self.currentsize return 2*i else: if self.heapList[2*i]

BuildHeap(list) 根据已有的列表创建二叉堆,时间复杂度为O(n)。从倒数第二层的节点开始,每个节点依次下沉,i-=1。

def BuildHeap(self,alist): self.heapList=[0]+alist[:] self.currentsize=len(alist) i=len(alist)//2 while i>0: self.percDown(i) i=i-1

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