优先队列与堆实验报告附c++源码.docx
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优先队列与堆实验报告附c++源码
优先队列与堆（病人看病顺序）
一、需求分析
1.本程序采用最小值堆实现一个优先队列，最小值堆是用的数组实现；
2.优先队列支持如下操作：
初始化队列的初始化操作（在构建对象的时候实现）；获得队列中元素个数；判定队列是否为空；获得队列中最优先的元素的值；向队列中插入一个元素；删除队列中最有先的元素；
3.优先队列中，存有病人的信息（编号和病情严重程度），此程序
4.测试数据：
输入：
编号1严重程度1
编号2严重程度2
编号3严重程度3
编号4严重程度4
编号5严重程度5
-1-1
输出：
编号2编号1编号5编号4编号3
二、概要设计
抽象数据类型
构建了一个病人信息类，只用于存储病人信息（编号，病情严重程度）：
classNode{
public:
intID;//记录病人编号
intPriority;//记录病人病情严重程度
};
构建了一个最小值堆类，采用数组实现，成员变量、函数详细信息如下：
classMinHeap
{
private:
Node*heap;//根结点，也是数组头元素的地址
intmaxSize,num;//maxSize为堆元素最多个数，num记录元素个数
voidsiftdown（int）;//将结点移动到符合要求的位置
voidswap（Node&,Node&）;//交换两结点的值
public:
MinHeap（int）;
boolisEmpty（）;//判断堆是否为空
boolisLeaf（int）;//判断是不是叶结点
boolpush（constNode）;//插入结点
boolpop（Node&）;//删除根结点
inttop（）;//返回根结点的ID
intl_ChildPos（int）;//获得左结点的位置
intr_ChildPos（int）;//获得右结点的位置
intparentPos（int）;//获得妇结点的位置
};
算法的基本思想
1.最小值堆采用数组作为物理存储结构，每个元素是一个结构体变量，包含编号ID和病情严重程度Priority值；
2.用户输入一个病人信息，就用插入法，插进堆里，输入完毕时，就是一个符合要求的堆
3.用户录入－1－1表示输入结束；
4.输出：
每输出一个最小值，就删掉一个，然后继续整理成最小值堆，继续输出。
程序的流程
初始化一个空堆->插入病人信息到合适位置->当堆不为空，输出最小值，删掉最小值，直到堆为空。
算法的具体步骤
1.输入病人信息，构建成堆：
每输入一个病人信息，就将该病人信息移至堆中合适位置
boolMinHeap:
:
push（constNodein）//向堆里插入结点
{
if（num>maxSize）
returnfalse;
intcurr=num++;
heap[curr]=in;
while（（curr!
=0）&&heap[curr].Priority{
swap（heap[curr],heap[parentPos（curr）]）;
curr=parentPos（curr）;
}
returntrue;
}
2.输出根结点的值，并删除根结点，直到堆为空：
boolMinHeap:
:
pop（Node&it）//删除根结点
{
if（num==0）
returnfalse;
swap（heap[0],heap[--num]）;
if（num!
=0）
siftdown（0）;//因为最后一个元素与根结点交换值，需要将根//结点移到合适位置，实现如下
it=heap[num];
returntrue;
}
将某位置的结点向下移到合适位置的函数：
voidMinHeap:
:
siftdown（intpos）//将pos上的结点移到合适的位置
{
while（!
isLeaf（pos））
{
intl=l_ChildPos（pos）,r=r_ChildPos（pos）;
if（（rheap[r].Priority））
l=r;
if（heap[l].Priority>=heap[pos].Priority）
return;
swap（heap[l],heap[pos]）;
pos=l;
}
}
算法的时空分析
因为使用的是插入法建堆，每次插入，有可能要从数的底部移动到顶部，因此，最差情况下时间代价为Θ（㏒n），插入n个病人信息的时间代价为Θ（n㏒n）。
在删除结点后，需要将根结点向下移到合适位置，最坏的情况移动的最大距离为移到底部，时间复杂度为Θ（n）。
输入和输出的格式
输入
输入“-1-1”结束输入//提示
等待输入
输出
编号按病情排序结果//提示
输出结果
三、测试结果
四、用户使用说明
1.需要输入“-1-1”结束输入；
2.默认最大的病人信息量为40个。
五、实验心得
这个实验比较简单，因为可以参考书上的算法和源码。
但还是有出错的地方，就是在使用数组时，只定义了一个与数组类型相同的指针，就将那指针做数组名使用，因此编译出错。
六、附录（源码）
#include
usingnamespacestd;
classNode{
public:
intID;
intPriority;
};
classMinHeap
{
private:
Node*heap;//根结点
intmaxSize,num;//maxSize为该堆的做多元素个数，num记录当前堆里结点数目
voidsiftdown（int）;//将结点移动到符合要求的位置
voidswap（Node&,Node&）;//交换两结点的值
public:
MinHeap（int）;
boolisEmpty（）;//判断堆是否为空
boolisLeaf（int）;//判断是不是叶结点
boolpush（constNode）;//插入结点
boolpop（Node&）;//删除根结点
intl_ChildPos（int）;//获得左结点的位置
intr_ChildPos（int）;//获得右结点的位置
intparentPos（int）;//获得妇结点的位置
};
MinHeap:
:
MinHeap（intsize）//构造函数
{
heap=newNode[size];
num=0;
maxSize=size;
}
boolMinHeap:
:
isEmpty（）//判断是否为空
{
if（num!
=0）
returnfalse;
returntrue;
}
intMinHeap:
:
l_ChildPos（intpos）//获得左结点的位置
{
return2*pos+1;
}
intMinHeap:
:
r_ChildPos（intpos）//获得右结点的位置
{
return2*pos+2;
}
intMinHeap:
:
parentPos（intpos）//获得父结点的位置
{
return（pos-1）/2;
}
voidMinHeap:
:
swap（Node&aNode,Node&bNode）//交换两个结点的值
{
Nodetemp;
temp=aNode;
aNode=bNode;
bNode=temp;
}
boolMinHeap:
:
isLeaf（intpos）//判断是否为叶结点
{
return（pos>=num/2）&&（pos}
boolMinHeap:
:
push（constNodein）//向堆里插入结点
{
if（num>maxSize）
returnfalse;
intcurr=num++;
heap[curr]=in;
while（（curr!
=0）&&heap[curr].Priority{
swap（heap[curr],heap[parentPos（curr）]）;
curr=parentPos（curr）;
}
returntrue;
}
boolMinHeap:
:
pop（Node&it）//删除根结点
{
if（num==0）
returnfalse;
swap（heap[0],heap[--num]）;
if（num!
=0）
siftdown（0）;
it=heap[num];
returntrue;
}
voidMinHeap:
:
siftdown（intpos）//将pos上的结点移到合适的位置
{
while（!
isLeaf（pos））
{
intl=l_ChildPos（pos）,r=r_ChildPos（pos）;
if（（rheap[r].Priority））
l=r;
if（heap[l].Priority>=heap[pos].Priority）
return;
swap（heap[l],heap[pos]）;
pos=l;
}
}
intmain（）
{
Nodetemp;
MinHeaponeHeap（40）;
cout<<"输入\"-1-1\"结束输入"<while
（1）{
cin>>temp.ID>>temp.Priority;
if（temp.ID==-1&&temp.Priority==-1）
break;
oneHeap.push（temp）;
}
cout<<"编号按病情排序结果：
"<while（!
oneHeap.isEmpty（））
{
oneHeap.pop（temp）;cout<}
cout<return0;
}
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