[Algorithms] Heap and Heapsort
Recently I reviewed the classic heapsort algorithm and implement it according to contents in Introduction to Algorithms (3rd edition). The heap data structure is implemented as a template class and the heapsort algorithm is implemented as a public method of the template class. The code is as follows.
#include <iostream>
#include <vector> using namespace std; template<typename T> class Heap {
public:
Heap(vector<T>&);
~Heap(void); inline int parent(int);
inline int left(int);
inline int right(int); void max_heapify(int);
void build_max_heap(void);
void heap_sort(void); /* Methods for maximum priority queue. */
T maximum(void);
T extract_max(void);
void increase_key(int, T);
void insert_key(T); void print(void);
private:
vector<T> data;
int heap_size;
}; template<typename T> Heap<T>::Heap(vector<T>& d) {
data = d;
build_max_heap();
} template<typename T> Heap<T>::~Heap(void) {
data.clear();
heap_size = ;
} template<typename T> inline int Heap<T>::parent(int idx) {
return (idx - ) >> ;
} template<typename T> inline int Heap<T>::left(int idx) {
return (idx << ) + ;
} template<typename T> inline int Heap<T>::right(int idx) {
return (idx << ) + ;
} template<typename T> void Heap<T>::max_heapify(int idx) {
int largest = idx;
int l = left(idx);
int r = right(idx);
if (l < heap_size && data[l] > data[largest]) largest = l;
if (r < heap_size && data[r] > data[largest]) largest = r;
if (largest != idx) {
swap(data[idx], data[largest]);
max_heapify(largest);
}
} template<typename T> void Heap<T>::build_max_heap(void) {
heap_size = data.size();
for (int i = (heap_size >> 1) - ; i >= ; i--)
max_heapify(i);
} template<typename T> void Heap<T>::heap_sort(void) {
int size = heap_size - ;
for (int i = size; i > ; i--) {
swap(data[i], data[]);
heap_size--;
max_heapify();
}
} template<typename T> T Heap<T>::maximum(void) {
return data[];
} template<typename T> T Heap<T>::extract_max(void) {
if (data.empty()) throw runtime_error("Heap underflow!");
int maximum = data[];
swap(data[], data[heap_size - ]);
heap_size--;
max_heapify();
return maximum;
} template<typename T> void Heap<T>::increase_key(int idx, T key) {
if (key < data[idx]) {
cerr << "New key is smaller!" << endl;
return;
}
data[idx] = key;
while (idx >= 0 && parent(idx) >= 0 && data[parent(idx)] < data[idx]) {
swap(data[idx], data[parent(idx)]);
idx = parent(idx);
}
} template<typename T> void Heap<T>::insert_key(T key) {
data.insert(data.begin() + heap_size, key - );
heap_size++;
increase_key(heap_size - , key);
} template<typename T> void Heap<T>::print(void) {
printf("In heap: ");
for (int i = ; i < heap_size; i++)
printf("%d ", data[i]);
printf(", ");
if (heap_size < (int)data.size()) {
printf("Out of heap: ");
for (int i = heap_size; i < (int)data.size(); i++)
printf("%d ", data[i]);
}
printf("\n");
} void heap_test(void) {
int num[] = {, , , , , , , , , };
vector<int> nums(num, num + sizeof(num) / sizeof(int));
// Construct a heap and print it
Heap<int> heap(nums);
heap.print();
// Test maximum() and extract_max()
printf("%d\n", heap.maximum());
printf("%d\n", heap.extract_max());
heap.print();
// Test increase_key()
heap.increase_key(, );
heap.print();
// Test insert_key()
heap.insert_key();
heap.print();
// Test heap_sort()
heap.heap_sort();
heap.print();
} int main(void) {
heap_test();
system("pause");
return ;
}
If you run this code, the expected output is like (I am testing it in Microsoft Visual Studio Professional 2012):
In heap: , In heap: , Out of heap:
In heap: , Out of heap:
In heap: , Out of heap:
In heap: , Out of heap:
Welcome for any question, comment and suggestion about the code!
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