【算法与数据结构】堆排序&&TOP-K问题

//升序，建大堆
//O(N*logN)

//定义一个交换函数，用于交换两个元素的值
void Swap(int* px, int* py)
{
	int temp = *px;
	*px = *py;
	*py = temp;
}
//将以parent为根节点的子树进行向下调整，使其满足大堆的性质
void AdjustDown(int* a, int n, int parent)
{
	int child = parent * 2 + 1; //左孩子节点的下标
	while (child < n)
	{
		//找到左右孩子节点中较大的一个
		if (child + 1 < n && a[child + 1] > a[child])
		{
			child++;
		}
		//如果孩子节点的值大于父节点的值，则交换位置
		if (a[child] > a[parent])
		{
			Swap(&a[child], &a[parent]);
			parent = child;
			child = parent * 2 + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

//堆排序函数
void HeapSort(int* a, int n)
{
	//将数组a直接建堆，使其满足大堆的性质
	for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
	{
		AdjustDown(a, n, i);
	}
	int end = n - 1; //用于记录堆的末尾位置
	while (end > 0)
	{
		//将堆顶元素与末尾元素交换位置，即将最大值放到末尾
		Swap(&a[0], &a[end]);
		//对除了末尾元素外的部分进行向下调整，使其满足大堆的性质
		AdjustDown(a, end, 0);
		end--;
	}

}
int main()
{
	int a[] = { 3,9,5,2,7,8,10,1,4 };
	printf("堆升序前\n");
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); i++)
	{
		printf("%d ", a[i]);
	}
	//堆升序，建大堆
	HeapSort(a, sizeof(a) / sizeof(int));
	printf("\n堆升序后\n");
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); i++)
	{
		printf("%d ", a[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;

}

#include <stdio.h>
// 交换两个元素的值
void Swap(int* px, int* py)
{
	int temp = *px;
	*px = *py;
	*py = temp;
}
// 将以parent为根节点的子树调整为小堆
void AdjustDown(int* a, int n, int parent)
{
	int child = parent * 2 + 1; // 左孩子节点的下标
	while (child < n)
	{
		// 找到左右孩子节点中值较小的节点
		if (child + 1 < n && a[child + 1] < a[child])
		{
			child++;
		}
		// 如果子节点的值小于父节点的值，则交换父子节点的值
		if (a[child] < a[parent])
		{
			Swap(&a[child], &a[parent]);
			parent = child;
			child = parent * 2 + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}
// 堆排序
void HeapSort(int* a, int n)
{
	// 建堆：从最后一个非叶子节点开始，依次向上调整子树为小堆
	for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
	{
		AdjustDown(a, n, i);
	}
	int end = n - 1; // 堆的最后一个元素的下标
	while (end > 0)
	{
		// 将堆顶元素（最小元素）与堆的最后一个元素交换位置
		Swap(&a[0], &a[end]);
		// 将除了最后一个元素之外的部分重新调整为小堆
		AdjustDown(a, end, 0);
		end--;
	}

}
int main()
{
	int a[] = { 3,9,5,2,7,8,10,1,4 };
	printf("堆降序前\n");
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); i++)
	{
		printf("%d ", a[i]);
	}
	// 使用堆排序进行降序排序
	HeapSort(a, sizeof(a) / sizeof(int));
	printf("\n堆降序后\n");
	for (int i = 0; i < sizeof(a) / sizeof(int); i++)
	{
		printf("%d ", a[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;

}

void CreateNData()
{
	//造数据
	int n = 100000;
	srand(time(0));//使用时间作为随机数种子
	const char* file = "data.txt";//数据文件名
	FILE* fin = fopen(file, "w");//打开文件用于写入
	if (fin == NULL)//检查文件是否打开成功
	{
		perror("fopen error");//输出打开错误信息
		return;
	}

	for (int i = 0; i < n; ++i)//循环写入n行数据
	{
		int x = (rand() + i) % 1000000;//生成0-999999之间的随机数
		fprintf(fin, "%d\n", x);//写入一行数据
	}
	// 别忘了关闭文件哦
	fclose(fin);
}

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

void Swap(int* px, int* py)
{
	int tmp = *px;
	*px = *py;
	*py = tmp;
}


void AdjustDown(int* a, int n, int parent)
{ //a是数组指针,n是数组长度,parent是当前需要下调的父结点索引

	int child = parent * 2 + 1;
	//child表示父结点parent的左孩子结点索引,因为是完全二叉堆,可以通过parent和2计算得到

	while (child < n)
	{
		//如果左孩子存在

		if (child + 1 < n && a[child + 1] < a[child])
		{
			//如果右孩子也存在,并且右孩子值小于左孩子,则child指向右孩子
			child++;
		}
		if (a[child] < a[parent])
			//如果孩子结点值小于父结点值,则需要交换
		{
			Swap(&a[child], &a[parent]);
			//交换孩子和父结点
			parent = child;
			//父结点下移为当前孩子结点

			child = parent * 2 + 1;

			//重新计算新的左孩子结点索引

		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}
void topk()
{
	printf("请输入k->");
	int k = 0;
	scanf("%d", &k);
	const char* file = "data.txt";
	//打开文件
	FILE* fout = fopen(file, "r");
	if (fout == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	//临时变量读取文件数据 
	int val = 0;
	//分配内存用于保存最小堆
	int* minheap = (int*)malloc(sizeof(int) * k);
	if(minheap ==NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	//初始化堆,读取文件前k个数据构建最小堆
	for (int i = 0; i < k; i++)
	{
		fscanf(fout, "%d", &minheap[i]);
	}
	
	//建个小堆
	for (int i = (k - 1 - 1) / 2; i >=0; i--)
	{
		AdjustDown(minheap, k, i);
	}

	int x = 0;
	while (fscanf(fout, "%d", &x) != EOF)
	{
		//读取剩余数据，比对顶的值大，就替换他进堆
		if (x > minheap[0])
		{
			//替换堆顶值,并调用下滤调整堆结构
			minheap[0] = x;
			AdjustDown(minheap, k, 0);
		}
	}

	for (int i = 0; i < k; i++)
	{
	    //输出堆中保存的前k个最大值 
		printf("%d ", minheap[i]);
	}
	printf("\n");
	fclose(fout);

}

int main()
{
	CreateNData();
	topk();
}