一種對二叉堆刪除最小的優化演算法的C 實現

2021-07-28 13:40:24 字數 2483 閱讀 3261

對binary heap進行deletemin操作,是o(logn)的。基於下濾的deletemin,最壞情況下每次操作需要比較2logn次。下面介紹一種演算法,最壞情況下每次操作僅需要比較logn+loglogn+o(1)次,然而,資料移動操作的複雜度是相同的:

從root開始,找到一條由最小child構成的路徑,直到底部。對這個路徑進行binary search,找到能插入最後乙個元素的位置,進行與下濾類似的資料移動操作。

這種演算法中,找到一條由最小child構成的路徑需要logn次比較,對路徑進行binary search需要loglogn次比較。但是,這種演算法需要額外的logn個元素位置的記憶空間。其一種實現如下:

void deletemin()

int low = 0;

int mid; int high = level;

while (lowarray[lastele])

count = mid - 1;

else

break;

} int target;

if ((array[path[low]] < array[out]) || low == 0) // 對找到的目標位置進行判斷

target = low;

else

target = low - 1;

for (int i = 0; i < target; i++) // 進行資料移動

array[path[i]] = std::move(array[path[i + 1]]);

array[path[target]] = std::move(array[lastele]);

}

儘管每次deletemin節省了logn-loglogn-o(1)次比較操作,卻多了logn次賦值操作,因此,這種演算法能否節約執行時間,依賴於整數賦值操作是否比對元素進行比較操作更耗時。執行下面的**中deletemin部分,這種演算法可以比下濾演算法節約23%的時間(在筆者的電腦上,執行時間分別為16255ms和13210ms),而如果把資料型別換成int,則只節約約10%的時間(5560ms與5056ms)。

binaryheapbh;

vectordata;

const int start = 0;

const int limit = 200000;

for (int i = start; i < limit; i++)

data.push_back(tostring(i));

random_shuffle(data.begin(), data.end());

for (auto i : data)

bh.insert(i);

while (!bh.isempty())

這種演算法尚有進一步的改進空間。如果我們每次只找前logn-loglogn層元素的最小路徑,然後判斷是在這層上還是在這層下進行binary search,則每次deletemin只消耗logn+logloglogn+o(1)次比較。進一步的,我們可以把這種方法推廣到每次deletemin只需logn+log*n+o(1)次比較。(log*n是讓logn=1的迭代次數,例如,log*2=1,log*16=3)。上述改進的實現如下:

void deletemin()

int low, high, mid;

int levelold = level;

if (array[path[levelold]] > array[lastele]) //如果目標位置在此層之上,對此層之上的路徑進行binary search

else //否則,找到此層之下的最小child路徑直到底部,並對這一區間的路徑進行binary search

low = levelold; high = level;

} while (lowarray[lastele])

high = mid - 1;

else

break;

} int target;

if ((array[path[low]] < array[lastele]) || low == 0)

target = low;

else

target = low - 1;

for (int i = 0; i < target; i++)

array[path[i]] = std::move(array[path[i + 1]]);

array[path[target]] = std::move(array[lastele]);

}

比較次數為logn+log*n+o(1)的演算法,在執行前面提到的**時,與比較次數為logn+loglogn+o(1)的演算法比,節約了2.4%的時間;與比較次數為logn+logloglogn+o(1)的演算法比,節約了約0.8%的時間。(分別為12892ms和12990ms,多次試驗,logn+log*n+o(1)的演算法耗時均最小)

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