Тонкие кучи

Представление тонкой кучи в памяти компьютера.

Тонкие кучи формируют из узлов, представленных записями следующего вида:

где — ключ элемента, приписанного узлу; — указатель на ближайшего левого брата, если такового нет, то на родителя, а если нет и родителя, то указатель заземлен; — указатель на ближайшего правого брата, если такового нет, то указатель заземлен; — указатель на самого левого сына, если такового нет, то указатель заземлен; — ранг узла.

Таким образом, узлы-братья связаны в двусвязный список при помощи указателей и . У самого левого брата в этом списке указатель указывает на общего родителя всех узлов в списке. У самого правого брата из списка указатель заземлен. Корни деревьев в тонкой куче связаны в односвязный циклический список. Этот список будем называть корневым списком. Корневой список реализуется при помощи поля . Поле у каждого узла корневого списка заземлено.

В случае необходимости в описании узла может присутствовать и другая прикладная информация. На рис. 8.2 приведен пример тонкой кучи.

Представление кучи со ссылками, в узлах указаны ранги

Заметим, что принадлежность заданного узла корневому списку кучи осуществляется проверкой указателя на заземленность.

Введем еще одну запись , которая будет соответствовать отдельной куче и иметь вид

где — указатель на начальный элемент корневого списка; — указатель на элемент корневого списка с минимальным ключом.

Очевидно, что узел с минимальным ключом обязательно находится в корневом списке.

Реализация основных операций и оценки трудоемкости

Сосредоточим внимание на амортизационных оценках трудоемкости. Будем получать их методом потенциалов. Потенциалом тонкой кучи будем считать величину , где — количество деревьев в куче, а — число помеченных вершин. Заметим, что потенциал кучи неотрицателен и в начальный момент равен .

Операция MakeHeap. Эта операция создает указатель на новую пустую кучу. Очевидно, фактическая стоимость операции есть , а потенциал созданной кучи равен .

Операция FindMin (H). Указатель на узел с минимальным ключом в куче определяется с помощью указателя . Если куча пуста, то результирующий указатель нулевой. Амортизационная оценка совпадает с фактической и равна , потенциал не изменяется.

Операция Insert(i,H). С помощью этой операции осуществляется вставка в кучу нового элемента с ключом . При ее реализации создается новое тонкое дерево ранга , которое вставляется в корневой список кучи , разрывая его в произвольном месте. При необходимости перевычисляется ссылка на минимальный элемент.

Операция увеличивает потенциал на , так как добавляется одно дерево в корневой список кучи, но это не влияет на амортизационную оценку, которая равна фактической .

Операция Meld(H1, H2). Результатом этой операции является указатель на кучу, полученную слиянием двух куч и . Она осуществляется соединением корневых списков сливаемых куч. При таком способе выполнения операции, как и при реализации вставки элемента в кучу, можем получить в корневом списке результирующей кучи несколько деревьев одинакового ранга. При удобном случае, а именно при удалении минимального элемента, мы освободим корневой список от этой неоднозначности. Оценка совпадает с оценками для всех предыдущих операций. Суммарный потенциал не изменяется.