主頁 > .NET開發 > 使用C#實作資料結構堆

使用C#實作資料結構堆

2021-02-04 06:02:25 .NET開發

一、 堆的介紹:

  堆是用來排序的,通常是一個可以被看做一棵樹的陣列物件,堆滿足已下特性:

  1. 堆中某個節點的值總是不大于或不小于其父節點的值

  任意節點的值小于(或大于)它的所有后裔,所以最小元(或最大元)在堆的根節點上(堆序性),堆有大根堆和小根堆,將根節點最大的堆叫做最大堆或大根堆,根節點最小的堆叫做最小堆或小根堆,

  2. 堆總是一棵完全二叉樹

  除了最底層,其他層的節點都被元素填滿,且最底層盡可能地從左到右填入, 

  堆示意圖:

  

  將堆元素從上往下從左到右放進陣列物件中,子父節點索引滿足關系:

  parentIndex = (index+1)/ 2 - 1;

  childLeftIndex = parentIndex * 2 + 1;

  childRightIndex = (parentIndex + 1) * 2;

  其中:index為任一節點索引;parentIndex該節點父索引;childLeftIndex該父節點下的子左節點;childRightIndex該父節點下的子右節點,

  創建堆的大概思路: 

  1. 向堆中添加元素:

  加到陣列尾處,回圈比對其父節點值(大根堆和小根堆比對策略不一樣),比對結果的目標索引不是父節點索引則交換子父節點元素,繼續向上比對其父父節點…;直至比對程序中目標索引為父節點索引或達到根節點結束,新堆創建完成,

  2. 向堆中取出元素:

  取出根節點元素,并將堆末尾元素插入根節點(為了保證堆的完全二叉樹特性),從根部再回圈向下比對父節點、子左節點、子右節點值,比對結果目標索引不為父節點交換目標索引和父節點的值,向下繼續比對;直至比對程序中目標索引為父節點索引或達到堆尾部結束,新堆創建完成,

二、 代碼實作:

  因為大根堆和小根堆只是比較策略不同,所以整合了兩者,用的時候可以直接設定堆的類別;默認小根堆,默認比較器,實作代碼如下:

  1     public class Heap<T>
  2     {
  3         private T[] _array;//陣列,存放堆資料
  4         private int _count;//堆資料數量
  5         private HeapType _typeName;//堆型別
  6         private const int _DefaultCapacity = 4;//默認陣列容量/最小容量
  7         private const int _ShrinkThreshold = 50;//收縮閾值(百分比)
  8         private const int _MinimumGrow = 4;//最小擴容量
  9         private const int _GrowFactor = 200;  // 陣列擴容百分比,默認2倍
 10         private IComparer<T> _comparer;//比較器
 11         private Func<T, T, bool> _comparerFunc;//比較函式
 12 
 13 
 14         //堆資料數量
 15         public int Count => _count;
 16         //堆型別
 17         public HeapType TypeName => _typeName;
 18 
 19 
 20         public Heap() : this(_DefaultCapacity, HeapType.MinHeap, null) { }
 21         public Heap(int capacity) : this(capacity, HeapType.MinHeap, null) { }
 22         public Heap(HeapType heapType) : this(_DefaultCapacity, heapType, null) { }
 23         public Heap(int capacity, HeapType heapType, IComparer<T> comparer)
 24         {
 25             Init(capacity, heapType, comparer);
 26         }
 27         public Heap(IEnumerable<T> collection, HeapType heapType, IComparer<T> comparer)
 28         {
 29             if (collection == null)
 30                 throw new IndexOutOfRangeException();
 31             Init(collection.Count(), heapType, comparer);
 32             using (IEnumerator<T> en = collection.GetEnumerator())//避免T在GC堆中有非托管資源,GC不能釋放,需手動
 33             {
 34                 while (en.MoveNext())
 35                     Enqueue(en.Current);
 36             }
 37         }
 38         private void Init(int capacity, HeapType heapType, IComparer<T> comparer)
 39         {
 40             if (capacity < 0)
 41                 throw new IndexOutOfRangeException();
 42             _count = 0;
 43             _array = new T[capacity];
 44             _comparer = comparer ?? Comparer<T>.Default;
 45             _typeName = heapType;
 46             switch (heapType)
 47             {
 48                 default:
 49                 case HeapType.MinHeap:
 50                     _comparerFunc = (T t1, T t2) => _comparer.Compare(t1, t2) > 0;//目標物件t2小
 51                     break;
 52                 case HeapType.MaxHeap:
 53                     _comparerFunc = (T t1, T t2) => _comparer.Compare(t1, t2) < 0;//目標物件t2大
 54                     break;
 55             }
 56         }
 57 
 58 
 59         public T Dequeue()
 60         {
 61             if (_count == 0)
 62                 throw new InvalidOperationException();
 63             T result = _array[0];
 64             _array[0] = _array[--_count];
 65             _array[_count] = default(T);
 66 
 67             if (_array.Length > _DefaultCapacity && _count * 100 <= _array.Length * _ShrinkThreshold)//縮容
 68             {
 69                 int newCapacity = Math.Max(_DefaultCapacity, (int)((long)_array.Length * (long)_ShrinkThreshold / 100));
 70                 SetCapacity(newCapacity);
 71             }             
 72             AdjustHeap(_array, 0, _count);
 73             return result;
 74         }
 75         public void Enqueue(T item)
 76         {
 77             if (_count >= _array.Length)//擴容
 78             {
 79                 int newCapacity = Math.Max(_array.Length+_MinimumGrow, (int)((long)_array.Length * (long)_GrowFactor / 100));
 80                 SetCapacity(newCapacity);
 81             }
 82                 
 83             _array[_count++] = item;
 84             int parentIndex;
 85             int targetIndex;
 86             int targetCount = _count;
 87             while (targetCount > 1)
 88             {
 89                 parentIndex = targetCount / 2 - 1;
 90                 targetIndex = targetCount - 1;
 91                 if (!_comparerFunc.Invoke(_array[parentIndex], _array[targetIndex]))
 92                     break;
 93                 Swap(_array, parentIndex, targetIndex);
 94                 targetCount = parentIndex + 1;
 95             }
 96         }
 97         private void AdjustHeap(T[] array, int parentIndex, int count)
 98         {
 99             if (_count < 2)
100                 return;
101             int childLeftIndex = parentIndex * 2 + 1;
102             int childRightIndex = (parentIndex + 1) * 2;
103 
104             int targetIndex = parentIndex;
105             if (childLeftIndex < count && _comparerFunc.Invoke(array[parentIndex], array[childLeftIndex]))
106                 targetIndex = childLeftIndex;
107             if (childRightIndex < count && _comparerFunc.Invoke(array[targetIndex], array[childRightIndex]))
108                 targetIndex = childRightIndex;
109             if (targetIndex != parentIndex)
110             {
111                 Swap(_array, parentIndex, targetIndex);
112                 AdjustHeap(_array, targetIndex, _count);
113             }
114         }
115 
116         private void SetCapacity(int capacity)
117         {
118             T[] newArray = new T[capacity];
119             Array.Copy(_array, newArray, _count);
120             _array = newArray;
121         }
122 
123         private void Swap(T[] array, int index1, int index2)
124         {
125             T temp = array[index1];
126             array[index1] = array[index2];
127             array[index2] = temp;
128         }
129 
130         public void Clear()
131         {
132             Array.Clear(_array, 0, _count);
133             Init(_DefaultCapacity, HeapType.MinHeap, null);
134         }
135     }
136 
137     public enum HeapType { MinHeap, MaxHeap }
View Code

三、 使用測驗: 

  建一個Person類用來測驗,例子中Person比較規則是:先按年齡比較,年齡相同再按身高比較,具體比較大小是由選擇堆的類別進行不同的排序規則:如Person類中小根堆先按年齡小者排序,年齡相同者按身高大者排序;而使用大根堆則相反,兩種比較器寫法,前者直接使用默認比較器;后者需要將比較器注入到堆中,

 1     public class Person : IComparable<Person>
 2     {
 3         public string name { get; set; }
 4         public int Age { get; set; }
 5 
 6         public int Height { get; set; }
 7         public override string ToString()
 8         {
 9             return $"我叫{name},年齡{Age},身高{Height}";
10         }
11 
12         //小根堆:先排年齡小,年齡相同,按身高大的先排;大根堆相反
13         public int CompareTo(Person other)
14         {
15             if (this.Age.CompareTo(other.Age) != 0)
16                 return this.Age.CompareTo(other.Age);
17             else if (this.Height.CompareTo(other.Height) != 0)
18                 return ~this.Height.CompareTo(other.Height);
19             else
20                 return 0;
21         }
22     }
23 
24     public class personComparer : IComparer<Person>
25     {
26         //大根堆:先排年齡大,年齡相同,按身高大的先排;小根堆相反
27         public int Compare(Person x, Person y)
28         {
29             if (x.Age.CompareTo(y.Age) != 0)
30                 return x.Age.CompareTo(y.Age);
31             else if (x.Height.CompareTo(y.Height) != 0)
32                 return x.Height.CompareTo(y.Height);
33             else
34                 return 0;
35         }
36     }
View Code

  主函式呼叫:

 1         static void Main(string[] args)
 2         {
 3             int[] array = { 3, 5, 8, 3, 7, 1 };
 4             Heap<int> heap0 = new Heap<int>(array, HeapType.MaxHeap, null);
 5             Console.WriteLine(heap0.TypeName);
 6             Console.WriteLine(heap0.Dequeue());
 7             Console.WriteLine(heap0.Dequeue());
 8             Console.WriteLine(heap0.Dequeue());
 9             Console.WriteLine(heap0.Dequeue());
10             int length = heap0.Count;
11             for (int count = 0; count < length; count++)
12             {
13                 Console.WriteLine(heap0.Dequeue());
14             }
15 
16 
17 
18             Person person1 = new Person() { Age = 12, Height = 158, name = "張三" };
19             Person person2 = new Person() { Age = 13, Height = 160, name = "李四" };
20             Person person3 = new Person() { Age = 10, Height = 150, name = "王二" };
21             Person person4 = new Person() { Age = 10, Height = 152, name = "麻子" };
22             Person person5 = new Person() { Age = 12, Height = 150, name = "劉五" };
23             List<Person> people = new List<Person>();
24             people.Add(person1);
25             people.Add(person2);
26             people.Add(person3);
27             people.Add(person4);
28             people.Add(person5);
29             Heap<Person> heap2 = new Heap<Person>(people, HeapType.MinHeap, null);
30             Person person6 = new Person() { Age = 9, Height = 145, name = "趙六" };
31             heap2.Enqueue(person6);
32             Console.WriteLine(heap2.TypeName);
33             Console.WriteLine(heap2.Dequeue());
34             Console.WriteLine(heap2.Dequeue());
35             Console.WriteLine(heap2.Dequeue());
36             Console.WriteLine(heap2.Dequeue());
37 
38 
39             PersonComparer personComparer = new PersonComparer();
40             Heap<Person> heap3 = new Heap<Person>(1,HeapType.MaxHeap,personComparer);       
41             heap3.Enqueue(person1);
42             heap3.Enqueue(person2);
43             heap3.Enqueue(person3);
44             heap3.Enqueue(person4);
45             heap3.Enqueue(person5);
46             heap3.Enqueue(person6);
47             Console.WriteLine(heap3.TypeName);
48             Console.WriteLine(heap3.Dequeue());
49             Console.WriteLine(heap3.Dequeue());
50             Console.WriteLine(heap3.Dequeue());
51             Console.WriteLine(heap3.Dequeue());
52 
53 
54 
55             Console.ReadKey();
56         }
57     
View Code

  輸出結果:

  

  

  

  參考:

  https://blog.csdn.net/qq826364410/article/details/79770791

  https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.collections.generic.comparer-1?view=net-5.0

 

 

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/net/256140.html

標籤:C#

上一篇:【分享】C# 位元組幫助類 ByteHelper

下一篇:小心 Enum Parse 中的坑

標籤雲
其他(157675) Python(38076) JavaScript(25376) Java(17977) C(15215) 區塊鏈(8255) C#(7972) AI(7469) 爪哇(7425) MySQL(7132) html(6777) 基礎類(6313) sql(6102) 熊猫(6058) PHP(5869) 数组(5741) R(5409) Linux(5327) 反应(5209) 腳本語言(PerlPython)(5129) 非技術區(4971) Android(4554) 数据框(4311) css(4259) 节点.js(4032) C語言(3288) json(3245) 列表(3129) 扑(3119) C++語言(3117) 安卓(2998) 打字稿(2995) VBA(2789) Java相關(2746) 疑難問題(2699) 细绳(2522) 單片機工控(2479) iOS(2429) ASP.NET(2402) MongoDB(2323) 麻木的(2285) 正则表达式(2254) 字典(2211) 循环(2198) 迅速(2185) 擅长(2169) 镖(2155) 功能(1967) .NET技术(1958) Web開發(1951) python-3.x(1918) HtmlCss(1915) 弹簧靴(1913) C++(1909) xml(1889) PostgreSQL(1872) .NETCore(1853) 谷歌表格(1846) Unity3D(1843) for循环(1842)

熱門瀏覽
  • WebAPI簡介

    Web體系結構: 有三個核心:資源(resource),URL(統一資源識別符號)和表示 他們的關系是這樣的:一個資源由一個URL進行標識,HTTP客戶端使用URL定位資源,表示是從資源回傳資料,媒體型別是資源回傳的資料格式。 接下來我們說下HTTP. HTTP協議的系統是一種無狀態的方式,使用請求/ ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:07:47 more
  • asp.net core 3.1 入口:Program.cs中的Main函式

    本文分析Program.cs 中Main()函式中代碼的運行順序分析asp.net core程式的啟動,重點不是剖析原始碼,而是理清程式開始時執行的順序。到呼叫了哪些實體,哪些法方。asp.net core 3.1 的程式入口在專案Program.cs檔案里,如下。ususing System; us ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:07:49 more
  • asp.net網站作為websocket服務端的應用該如何寫

    最近被websocket的一個問題困擾了很久,有一個需求是在web網站中搭建websocket服務。客戶端通過網頁與服務器建立連接,然后服務器根據ip給客戶端網頁發送資訊。 其實,這個需求并不難,只是剛開始對websocket的內容不太了解。上網搜索了一下,有通過asp.net core 實作的、有 ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:08:02 more
  • ASP.NET 開源匯入匯出庫Magicodes.IE Docker中使用

    Magicodes.IE在Docker中使用 更新歷史 2019.02.13 【Nuget】版本更新到2.0.2 【匯入】修復單列匯入的Bug,單元測驗“OneColumnImporter_Test”。問題見(https://github.com/dotnetcore/Magicodes.IE/is ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:08:05 more
  • 在webform中使用ajax

    如果你用過Asp.net webform, 說明你也算是.NET 開發的老兵了。WEBform應該是2011 2013左右,當時還用visual studio 2005、 visual studio 2008。后來基本都用的是MVC。 如果是新開發的專案,估計沒人會用webform技術。但是有些舊版 ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:08:50 more
  • iis添加asp.net網站,訪問提示:由于擴展配置問題而無法提供您請求的

    今天在iis服務器配置asp.net網站,遇到一個問題,記錄一下: 問題:由于擴展配置問題而無法提供您請求的頁面。如果該頁面是腳本,請添加處理程式。如果應下載檔案,請添加 MIME 映射。 WindowServer2012服務器,添加角色安裝完.netframework和iis之后,運行aspx頁面 ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:10:00 more
  • WebAPI-處理架構

    帶著問題去思考,大家好! 問題1:HTTP請求和回傳相應的HTTP回應資訊之間發生了什么? 1:首先是最底層,托管層,位于WebAPI和底層HTTP堆疊之間 2:其次是 訊息處理程式管道層,這里比如日志和快取。OWIN的參考是將訊息處理程式管道的一些功能下移到堆疊下端的OWIN中間件了。 3:控制器處理 ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:11:13 more
  • 微信門戶開發框架-使用指導說明書

    微信門戶應用管理系統,采用基于 MVC + Bootstrap + Ajax + Enterprise Library的技術路線,界面層采用Boostrap + Metronic組合的前端框架,資料訪問層支持Oracle、SQLServer、MySQL、PostgreSQL等資料庫。框架以MVC5,... ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:15:18 more
  • WebAPI-HTTP編程模型

    帶著問題去思考,大家好!它是什么?它包含什么?它能干什么? 訊息 HTTP編程模型的核心就是訊息抽象,表示為:HttPRequestMessage,HttpResponseMessage.用于客戶端和服務端之間交換請求和回應訊息。 HttpMethod類包含了一組靜態屬性: private stat ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:15:23 more
  • 部署WebApi隨筆

    一、跨域 NuGet參考Microsoft.AspNet.WebApi.Cors WebApiConfig.cs中配置: // Web API 配置和服務 config.EnableCors(new EnableCorsAttribute("*", "*", "*")); 二、清除默認回傳XML格式 ......

    uj5u.com 2020-09-09 22:15:48 more
最新发布
  • C#多執行緒學習(二) 如何操縱一個執行緒

    <a href="https://www.cnblogs.com/x-zhi/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/2943582/20220801082530.png" alt="" /></...

    uj5u.com 2023-04-19 09:17:20 more
  • C#多執行緒學習(二) 如何操縱一個執行緒

    C#多執行緒學習(二) 如何操縱一個執行緒 執行緒學習第一篇:C#多執行緒學習(一) 多執行緒的相關概念 下面我們就動手來創建一個執行緒,使用Thread類創建執行緒時,只需提供執行緒入口即可。(執行緒入口使程式知道該讓這個執行緒干什么事) 在C#中,執行緒入口是通過ThreadStart代理(delegate)來提供的 ......

    uj5u.com 2023-04-19 09:16:49 more
  • 記一次 .NET某醫療器械清洗系統 卡死分析

    <a href="https://www.cnblogs.com/huangxincheng/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/214741/20200614104537.png" alt="" /&g...

    uj5u.com 2023-04-18 08:39:04 more
  • 記一次 .NET某醫療器械清洗系統 卡死分析

    一:背景 1. 講故事 前段時間協助訓練營里的一位朋友分析了一個程式卡死的問題,回過頭來看這個案例比較經典,這篇稍微整理一下供后來者少踩坑吧。 二:WinDbg 分析 1. 為什么會卡死 因為是表單程式,理所當然就是看主執行緒此時正在做什么? 可以用 ~0s ; k 看一下便知。 0:000> k # ......

    uj5u.com 2023-04-18 08:33:10 more
  • SignalR, No Connection with that ID,IIS

    <a href="https://www.cnblogs.com/smartstar/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/u36196.jpg" alt="" /></a>...

    uj5u.com 2023-03-30 17:21:52 more
  • 一次對pool的誤用導致的.net頻繁gc的診斷分析

    <a href="https://www.cnblogs.com/dotnet-diagnostic/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/3115652/20230225090434.png" alt=""...

    uj5u.com 2023-03-28 10:15:33 more
  • 一次對pool的誤用導致的.net頻繁gc的診斷分析

    <a href="https://www.cnblogs.com/dotnet-diagnostic/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/3115652/20230225090434.png" alt=""...

    uj5u.com 2023-03-28 10:13:31 more
  • C#遍歷指定檔案夾中所有檔案的3種方法

    <a href="https://www.cnblogs.com/xbhp/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/957602/20230310105611.png" alt="" /></a&...

    uj5u.com 2023-03-27 14:46:55 more
  • C#/VB.NET:如何將PDF轉為PDF/A

    <a href="https://www.cnblogs.com/Carina-baby/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/2859233/20220427162558.png" alt="" />...

    uj5u.com 2023-03-27 14:46:35 more
  • 武裝你的WEBAPI-OData聚合查詢

    <a href="https://www.cnblogs.com/podolski/" target="_blank"><img width="48" height="48" class="pfs" src="https://pic.cnblogs.com/face/616093/20140323000327.png" alt="" /><...

    uj5u.com 2023-03-27 14:46:16 more