有关堆存取的习题两例:寻找大富翁、Windows消息队列

关于堆 (heap) 的笔记见 -> 有关堆 (数据结构) 的笔记

“寻找大富翁”的题面是这样:

2015年胡润研究院的调查显示,截至2014年9月,个人资产在600万元以上高净值人群达290万人。假设给出N个人的个人资产值,请快速找出资产排前M位的大富翁。

输入格式:

输入首先给出两个正整数N(≤10^6)和M(≤10),其中N为总人数,M为需要找出的大富翁数;接下来一行给出N个人的个人资产值,以百万元为单位,为不超过长整型范围的整数。数字间以空格分隔。

输出格式:

在一行内按非递增顺序输出资产排前M位的大富翁的个人资产值。数字间以空格分隔,但结尾不得有多余空格。

输入样例:

8 3
8 12 7 3 20 9 5 18

输出样例:

20 18 12

“从若干数里找最大的x个数”这类的题目可以通过建立堆解出,下面是解法。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

#define MINVAL -1
#define EMPTY -404

struct node
{
    int* body;
    int size;
    int capacity;
};
typedef struct node* Heap;
//这个命名可能是迷惑性的,因为我也用这个结构体建了一个栈

Heap NewHeap(int size);
void DelKit(Heap heap);
int EnHeap(Heap heap, int tmp);
int PopHeap(Heap heap);

int EnStack(Heap stack, int tmp);
int PopStack(Heap stack);

int main(void)
{
    int N, M;
    scanf("%d %d", &N, &M);
    getchar();

    Heap H = NewHeap(M);
    Heap stack = NewHeap(M);

    int i, tmp;
    for(i = 0; i < N; i++)
    {
        scanf("%d", &tmp);
        getchar();
        while(EnHeap(H, tmp))
            PopHeap(H);
    }

    int sizeH = H->size;
    for(i = 0; i < sizeH; i++)
    {
        tmp = PopHeap(H);
        EnStack(stack, tmp);
    }
    i = 0;
    while(stack->size)
    {
        tmp = PopStack(stack);
        if(i != 0)
            putchar(' ');
        printf("%d", tmp);
        i++;
    }

    DelKit(H);
    DelKit(stack);

    return 0;
}

Heap NewHeap(int size)
{
    Heap heap = (Heap)calloc(1, sizeof(struct node));
    heap->body = (int*)calloc(size+1, sizeof(int));
    heap->body[0] = MINVAL;
    heap->size = 0;
    heap->capacity = size;
    return heap;
}

void DelKit(Heap heap)
{
    free(heap->body);
    heap->body = NULL;
    free(heap);
    heap = NULL;
    return;
}

//插入数据到小顶堆
int EnHeap(Heap heap, int tmp)
{
    int x;
    if(heap->size == heap->capacity)
    {
        return 1;
    }

    x = ++heap->size;
    for(; heap->body[x>>1]>tmp && x>0; x>>=1)   //循环限定 x>=1, 可以不使用哨兵(body[0])
        heap->body[x] = heap->body[x>>1];
    heap->body[x] = tmp;
    return 0;
}

//从小顶堆弹出
int PopHeap(Heap heap)
{
    int Parent, Child;
    int minData, x;

    if(heap->size == 0)
    {
        return EMPTY;
    }
    minData = heap->body[1];
    x = heap->body[heap->size--];
    for(Parent = 1; Parent<<1 <= heap->size; Parent = Child)
    {
        Child = Parent<<1;
        if( (Child < heap->size) && (heap->body[Child] > heap->body[Child+1]) )
            Child++;
        if(x <= heap->body[Child])
            break;
        else
            heap->body[Parent] = heap->body[Child];
    }
    heap->body[Parent] = x;

    return minData;
}

//进栈
int EnStack(Heap stack, int tmp)
{
    if(stack->size == stack->capacity)
    {
        return 1;
    }
    stack->body[stack->size++] = tmp;
    return 0;
}

//出栈
int PopStack(Heap stack)
{
    if(stack->size == 0)
    {
        return EMPTY;
    }
    stack->size--;
    return stack->body[stack->size];
}

“Windows消息队列”的题面如下:

消息队列是Windows系统的基础。对于每个进程,系统维护一个消息队列。如果在进程中有特定事件发生,如点击鼠标、文字改变等,系统将把这个消息加到队列当中。同时,如果队列不是空的,这一进程循环地从队列中按照优先级获取消息。请注意优先级值低意味着优先级高。
请编辑程序模拟消息队列,将消息加到队列中以及从队列中获取消息。

输入格式:

输入首先给出正整数N(≤10^​5),随后N行,每行给出一个指令——GET或PUT,分别表示从队列中取出消息或将消息添加到队列中。 如果指令是PUT,后面就有一个消息名称、以及一个正整数表示消息的优先级,此数越小表示优先级越高。
消息名称是长度不超过10个字符且不含空格的字符串;题目保证队列中消息的优先级无重复,且输入至少有一个GET。

输出格式:

对于每个GET指令,在一行中输出消息队列中优先级最高的消息的名称和参数。如果消息队列中没有消息,输出EMPTY
QUEUE!。对于PUT指令则没有输出。

输入样例:

9
PUT msg1 5
PUT msg2 4
GET
PUT msg3 2
PUT msg4 4
GET
GET
GET

输出样例:

msg2
msg3
msg4
msg1
EMPTY QUEUE!

因为要靠结构体内的成员作为标签定义大小关系,会稍微有些麻烦。但涉及到频繁存取数据的场合使用堆依然是合适的。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<stdbool.h>

#define MINDATA -1

typedef char wMSG[11];
struct worder
{
    wMSG msg;
    int rank;
};
typedef struct worder* ordTbl;

struct orderHeap
{
    ordTbl body;
    int heapSize;
    int Capacity;
};
typedef struct orderHeap* Ord;

Ord OrderTable(int);
void DelOrderTable(Ord);
bool EnOrderTable(Ord, wMSG, int);
void GetOrderTable(Ord);

int main()
{
    int size;
    scanf("%d", &size);
    getchar();

    Ord msgQue = OrderTable(size+1);
    char ord[4];
    wMSG msgTmp;

    int i, rankTmp;
    for(i=0; i<size; i++)
    {
        scanf("%s", &ord);
        getchar();
        if(ord[0] == 'P') //Put in
        {
            scanf("%s %d", &msgTmp, &rankTmp);
            getchar();
            EnOrderTable(msgQue, msgTmp, rankTmp);
        }
        else //Get
        {
            GetOrderTable(msgQue);
        }
    }
    DelOrderTable(msgQue);

    return 0;
}

Ord OrderTable(int size)
{
    Ord WOrd = (Ord)calloc(1,sizeof(struct orderHeap));
    WOrd->body = (ordTbl)calloc(size, sizeof(struct worder));
    WOrd->Capacity = size;
    WOrd->heapSize = 0;
    WOrd->body[0].rank = MINDATA;
    return WOrd;
}

void DelOrderTable(Ord WOrd)
{
    free(WOrd->body);
    WOrd->body = NULL;
    free(WOrd);
    WOrd = NULL;
    return;
}

//向堆中写入新节点, r 是 rank
bool EnOrderTable(Ord WOrd, wMSG ch, int r)
{
    if(WOrd->heapSize == WOrd->Capacity)
    {
        return false;
    }
    int i = ++WOrd->heapSize;
    for(; WOrd->body[i>>1].rank > r; i>>=1)
        WOrd->body[i] = WOrd->body[i>>1];
    WOrd->body[i].rank = r;
    strcpy(WOrd->body[i].msg, ch);
    return true;
}

void GetOrderTable(Ord WOrd)
{
    if(WOrd->heapSize == 0)
    {
        printf("EMPTY QUEUE!\n");
        return;
    }
    int Parent, Child;
    ordTbl tempNode;

    //堆顶元素在下滤后会被覆盖,在这之前显示信息
    printf("%s\n", WOrd->body[1].msg);

    //下滤节点在调整前的堆区域外,可直接取地址
    tempNode = &WOrd->body[WOrd->heapSize--];

    for(Parent = 1; Parent<<1 <= WOrd->heapSize; Parent = Child)
    {
        Child = Parent<<1;
        if( (Child != WOrd->heapSize)
        && (WOrd->body[Child].rank > WOrd->body[Child+1].rank) )
            Child++;
        if( tempNode->rank <= WOrd->body[Child].rank )
            break;
        else
            WOrd->body[Parent] = WOrd->body[Child];     //下滤
    }
    WOrd->body[Parent] = *tempNode;     //下滤后将节点放入

    return;
}

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