什么是堆排序和优先级队列?

时间:2012-04-05 01:16:25

标签: c++ data-structures priority-queue binary-heap

对于我的C ++数据结构类,我们正在实现拨号调制解调器模拟器。我们的教授给了我们一个使用STL优先级队列的工作源文件,但我们的工作是通过实现二进制堆来替换它。我今天去找她寻求帮助,确切地知道二进制堆是什么,但她基本上告诉我和我的朋友转移到IT :(。她刚开始在周一谈论它,包括优先级队列和二进制堆,其中她在一小时内冲了过来,今天开始谈论一个新的主题,因为她的幻灯片没有完成,所以她将在星期五恢复二进制堆,这是程序到期的时候。

我理解这一点,二进制堆是优先级队列的后端。但是在插入或弹出元素时我会排序吗?她提到使用矢量或列表,当你刚刚建造一棵树时,它会在哪里发挥作用?另外我不明白为什么这段代码适用于她:

typedef priority_queue<Event,vector<Event>,greater<Event> > PQ;

这就是你如何声明STL优先级队列?该程序很难描述,所以我将它粘贴在底部。它只是一个源文件。

注意:Random.h只有根据某些统计信息分布返回随机数的函数。

modemSimu.cpp:

#include <queue>
#include <vector>
#include <functional>  // for greater()
#include <climits>     // for INT_MAX
#include <iostream>
#include "random.h"
using namespace std;

class Event{
    enum { DIAL_IN = 1, HANGUP = 2 };
  public:
    Event( int name = 0, int tm = 0, int type = DIAL_IN )
         : time( tm ), who( name ), what( type ) { }
    bool operator> ( const Event & rhs ) const
      { return time > rhs.time; }
    friend class ModemSim;
  private:
    int who;        // the number of the user
    int time;       // when the event will occur
    int what;       // DIAL_IN or HANGUP
};

typedef priority_queue<Event,vector<Event>,greater<Event> > PQ; 

class ModemSim{
  public:
    ModemSim( int modems, double avgLen, int callIntrvl );
      // Add a call to eventSet at the current time,
      // and schedule one for delta in the future.
    void nextCall( int delta );

      // Run the simulation
    void runSim( int stoppingTime = INT_MAX );

  private:
    Random r;                       // A random source
    PQ eventSet;                    // Pending events

      // Basic parameters of the simulation
    int freeModems;                 // Number of modems unused
    const double avgCallLen;        // Length of a call
    const int freqOfCalls;          // Interval between calls
};

// Constructor for ModemSim.
ModemSim::ModemSim( int modems, double avgLen, int callIntrvl )
  : freeModems( modems ), avgCallLen( avgLen ),
    freqOfCalls( callIntrvl ), r( (int) time( 0 ) )
{
    nextCall( freqOfCalls );  // Schedule first call
}

// Place a new DIAL_IN event into the event queue.
// Then advance the time when next DIAL_IN event will occur.
// In practice, we would use a random number to set the time.
    void ModemSim::nextCall( int delta ){
    static int nextCallTime = 0;
    static int userNum = 0;

    eventSet.push( Event( userNum++, nextCallTime ) );
    nextCallTime += delta;
}

// Run the simulation until stopping time occurs.
void ModemSim::runSim( int stoppingTime ){
    static Event e;
    int howLong;

    while( !eventSet.empty( ) ){
        e = eventSet.top( );
        eventSet.pop( );
        if( e.time > stoppingTime )
            break;

        if( e.what == Event::HANGUP )    // HANGUP
        {
            freeModems++;
            cout << "User " << e.who << " hangs up at time "
                 << e.time << endl;
        }
        else                             // DIAL_IN
        {
            cout << "User " << e.who << " dials in at time "
                 << e.time << " ";
            if( freeModems > 0 )
            {
                freeModems--;
                howLong = r.negExp( avgCallLen );
                cout << "and connects for "
                     << howLong << " minutes" << endl;
                e.time += howLong;
                e.what = Event::HANGUP;
                eventSet.push( e );      // insert HANGUP
            }
            else
                cout << "but gets busy signal" << endl;
            nextCall( freqOfCalls );
        }
    }
}


// Simple main to test ModemSim class.
int main( )
{
    int numModems;
    int totalTime;
    double avgConnectTime;
    int dialInFrequency;

    cout << "Enter number of modems, length of simulation,\n"
         << " average connect time, how often calls occur: ";

    cin >> numModems >> totalTime >>
                    avgConnectTime >> dialInFrequency;

    ModemSim s( numModems, avgConnectTime, dialInFrequency );
    s.runSim( totalTime );

    return 0;
}

1 个答案:

答案 0 :(得分:4)

你没有文字吗?如果没有,我建议你在几乎任何数据结构文本中查找堆排序,例如Aho,Hopcroft和Ullman。堆是一种二叉树,通常存储在数组(向量)中,其中树的左半部分位于数组的下半部分,右半部分位于数组的上半部分(递归)。您只需要索引到数组中以确定树中的位置(反之亦然)。堆实际上没有按维护排序;前面的元素总是最小值(或者可能是最大值);并且有一个通常称为re-heapify的操作,在添加或删除元素后需要log n time来恢复堆属性。仅从前方移除。这应该可以让您了解堆和优先级队列和向量是如何相关的。重新堆化的算法应该在你的文本中。