實現優先隊列結構主要是通過堆完成,主要有:二叉堆、d堆、左式堆、斜堆、二項堆、斐波那契堆、pairing 堆等。
1. 二叉堆
1.1. 定義
完全二叉樹,根最小。
存儲時使用層序。
1.2. 操作
(1). insert(上濾)
插入末尾 26,不斷向上比較,大於26則交換位置,小於則停止。
(2). deleteMin(下濾)
提取末尾元素,放在堆頂,不斷下濾:
(3). 其他操作:
都是基於insert(上濾)與deleteMin(下濾)的操作。
減小元素:減小節點的值,上濾調整堆。
增大元素:增加節點的值,下濾調整堆。
刪除非頂點節點:直接刪除會出問題。方法:減小元素的值到無窮小,上濾后刪除。
Merge:insert one by one
2. d叉堆
2.1. 定義
完全d叉樹,根最小。
存儲時使用層序。
2.2. 操作:
操作跟二叉堆基本一致:insert,deleteMin,增大元素,減小元素,刪除非頂元素,merge。
2.3 二叉堆與d叉堆的對比:
3. 左式堆
3.1. 定義

3.2. 操作:
(1) merge :


(1.3).H1根有右孩子
1.初始狀態,H1的根6,H2的根為8,將H2合並到H1。
2.將H1構造成根無右孩子的形式:
3.將元素10, merge到H2,要首先將H2構造成根無右孩子的形式,遞歸,merge,若出現不滿足:零路徑長:左兒子≧右兒子,交換左右孩子……
——》
——》
——》
4.
5.
3.3. 性質分析:
4. 斜堆
4.1. 定義

4.2性能比較:
定義
- 僅有一個節點的樹為斜堆;
- 兩個斜堆合併的結果仍為斜堆。
合併操作
斜堆合併操作的遞歸合併過程和左偏樹完全一樣。假設我們要合併 A 和 B兩個斜堆,且 A 的根節點比 B 的根節點小,我們只需要把 A 的根節點作為合併後新斜堆的根節點,並將 A 的右子樹與 B 合併。由於合併都是沿著最右路徑進行的,經過合併之後,新斜堆的最右路徑長度必然增加,這會影響下一次合併的效率。所以合併後,通過交換左右子樹,使整棵樹的最右路徑長度非常小(這是啟發規則)。然而斜堆不記錄節點的距離,在操作時,從下往上,沿著合併的路徑,在每個節點處都交換左右子樹。通過不斷交換左右子樹,斜堆把最右路徑甩向左邊了。
遞歸實現合併
- 比較兩個堆; 設p是具有更小的root的鍵值的堆,q是另一個堆,r是合併後的結果堆。
- 令r的root是p(具有最小root鍵值),r的右子樹為p的左子樹。
- 令r的左子樹為p的右子樹與q合併的結果。
非遞歸合併實現
- 把每個堆的每棵(遞歸意義下)最右子樹切下來。這使得得到的每棵樹的右子樹均為空。
- 按root的鍵值的升序排列這些樹。
- 迭代合併具有最大root鍵值的兩棵樹:
- 具有次大root鍵值的樹的右子樹必定為空。把其左子樹與右子樹交換。現在該樹的左子樹為空。
- 具有最大root鍵值的樹作為具有次大root鍵值樹的左子樹。
5. 總結
如果是不支持所謂的合並操作union的話,普通的堆數據結構就是一種很理想的數據結構(堆排序)。 但是如果想要支持集合上的合並操作的話,最好是使用二項堆或者是斐波那契堆,普通的堆在union操作上最差的情況是O(n),但是二項堆和斐波那契堆是O(lgn)。