使用堆的优先级队列

Question

在从算法导论学习之后，我编写了这段代码。 我无法找出代码有什么问题。 我已经为heapsort编写了代码并且运行良好。 heap_extract_max()将返回最大值。 heap_increase_key()增加元素的优先级。 在这里，我使用单链表编写了优先级队列程序，运行良好。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

template<typename T>
void max_heapify(std::vector<T>& array, size_t index)
{
  size_t largest;
  size_t left  = (2*index) + 1;
  size_t right = left + 1;

  if(left < array.size() && array[left] > array[index])
    largest = left;
  else
    largest = index;

  if(right < array.size() && array[right] > array[largest])
    largest = right;

  if(largest != index)
  {
    int tmp = array[index];
    array[index] = array[largest];
    array[largest] = tmp;
    max_heapify(array, largest);
  }
}

template<typename T>
void build_max_heap(std::vector<T>& array)
{
  for(size_t i = (array.size()/2) - 1; i >= 0; i--)
  max_heapify(array, i);
}

template<typename T>
T heap_maximum(std::vector<T>& array)
{
  return array[0];
}

template<typename T>
T heap_extract_max(std::vector<T>& array)
{
  if(array.size() < 0)
  {
    std::cerr << "Heap Underflow \n";
  }
  else
  {
    T max = array[0];
    array[0] = array[array.size() - 1];
    //array.size() = array.size() - 1;
    max_heapify(array, 1);
    return max;
  }
}

template<typename T>
void heap_increase_key(std::vector<T>& array, size_t index, T value)
{
  if(value < array[index])
  {
    std::cerr <<"New value is smaller than the current value\n";
    return;
  }
  else
  {
    array[index] = value;
    while(index > 0 && array[(index/2) - 1] < array[index])
    {
      std::swap(array[index], array[(index/2) - 1]);
      index = (index/2) - 1;
    }
  }
}

template<typename T>
void max_heap_insert(std::vector<T>& array, T value)
{
  array[array.size()] = -1;
  heap_increase_key(array, array.size(), value);
}

int main()
{
std::vector<int> v({1, 2, 6, 3, 7});
build_max_heap(v);
std::cout << heap_extract_max(v)<<"\n";
for(size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
  std::cout << v[i] << " ";
}
std::cout << "\n";
}

它没有显示任何输出。 我在写命令

$ g++ -std=c++11 priorityqueue.cpp -o priorityqueue
$ ./priorityqueue

Answer 1

如果因为这种情况，问题在于以下函数将返回什么

控制可能达到无效功能的结束

template<typename T>
T heap_extract_max(std::vector<T>& array)
{
    if(array.size() < 0)
    {
        std::cerr << "Heap Underflow \n";
    }
    else
    {
        T max = array[0];
        array[0] = array[array.size() - 1];
        //array.size() = array.size() - 1;
        max_heapify(array, 1);
        return max;
    }
}

为if case添加return -1或其他任何内容

if(array.size() < 0)
{
    std::cerr << "Heap Underflow \n";
    return -1;
}

第二个问题

for(size_t i = (array.size()/2) - 1; i >= 0; i--)

无符号表达式的比较> = 0始终为真

尝试改为:(按照Serge Rogatch的建议）

for(int64_t i = (int64_t(array.size())/2) - 1; i >= 0; i--)

提取它之前有问题在改变结果之前

7
2 3 6 1 2 
Program ended with exit code: 0

由于错误处理删除.Handled在下面的代码中正确删除

template<typename T>
T heap_extract_max(std::vector<T>& array)
{
    if(array.size() < 0)
    {
        std::cerr << "Heap Underflow \n";
        return -1;
    }
    else
    {
        T max = array[0];
        array[0] = array[array.size() - 1];
        array.erase(std::remove(array.begin(), array.end(), array[0]),
                   array.end());
        array.shrink_to_fit();
        max_heapify(array, 0);
        return max;
    }
}

改变之后

7
6 3 1 2 
Program ended with exit code: 0

Answer 2

看来你的程序进入无限循环或崩溃。 我在这里看到一个问题：

for(size_t i = (array.size()/2) - 1; i >= 0; i--)

因为i是无符号的，所以总是i >= 0 。 另外，对于array.size() <= 1 ，你用一些大的正整数初始化它，因为i试图去负，但size_t永远不是负数，所以数字包装。

尝试更改为：

for(int64_t i = (int64_t(array.size())/2) - 1; i >= 0; i--)

你似乎也混淆了基于0和1的数组索引，你应该用array.pop_back()来代替//array.size() = array.size() - 1; 。 此外，似乎你想在这里使用array[1]而不是array[0] ：

T max = array[0];
array[0] = array[array.size() - 1];

如果您坚持使用基于1的索引，则应在数组中的索引0处放置并保留一个虚拟元素：

std::vector<int> v({/*dummy*/-1, 1, 2, 6, 3, 7});

数组大小永远不会为负数，因此您不需要if(array.size() < 0)以及then子句中的内容。

虽然基于0的索引在C ++中更自然，但堆也可以用它来实现。 为此，您需要修改所有索引算法，如：

size_t left  = (2*index) + 1;
size_t right = left + 1;

和

array[(index/2) - 1]