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Update build_heap.md
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2356cc1b2e
commit
ecc718d0b1
1 changed files with 10 additions and 8 deletions
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@ -8,9 +8,11 @@
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最直接地,考虑借助「元素入堆」方法,先建立一个空堆,**再将列表元素依次入堆即可**。
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设元素数量为 $n$ ,则最后一个元素入堆的时间复杂度为 $O(\log n)$ ,在依次入堆时,堆的平均长度为 $\frac{n}{2}$ ,因此该方法的总体时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
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### 基于堆化操作实现
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然而,**存在一种更加高效的建堆方法**。设元素数量为 $n$ ,我们先将列表所有元素原封不动添加进堆,**然后迭代地对各个结点执行「从顶至底堆化」**。当然,**无需对叶结点执行堆化**,因为其没有子结点。
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有趣的是,存在一种更加高效的建堆方法,时间复杂度可以达到 $O(n)$ 。我们先将列表所有元素原封不动添加进堆,**然后迭代地对各个结点执行「从顶至底堆化」**。当然,**无需对叶结点执行堆化**,因为其没有子结点。
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=== "Java"
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@ -74,23 +76,23 @@
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## 复杂度分析
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对于第一种建堆方法,元素入堆的时间复杂度为 $O(\log n)$ ,而平均长度为 $\frac{n}{2}$ ,因此该方法的总体时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
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那么,第二种建堆方法的时间复杂度是多少呢?我们来展开推算一下。
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第二种建堆方法的时间复杂度为什么是 $O(n)$ 呢?我们来展开推算一下。
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- 完全二叉树中,设结点总数为 $n$ ,则叶结点数量为 $(n + 1) / 2$ ,其中 $/$ 为向下整除。因此在排除叶结点后,需要堆化结点数量为 $(n - 1)/2$ ,即为 $O(n)$ ;
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- 从顶至底堆化中,每个结点最多堆化至叶结点,因此最大迭代次数为二叉树高度 $O(\log n)$ ;
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将上述两者相乘,可得时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。然而,该估算结果仍不够准确,因为我们没有考虑到 **二叉树底层结点远多于顶层结点** 的性质。
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将上述两者相乘,可得时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。这个估算结果不够准确,因为我们没有考虑到 **二叉树底层结点远多于顶层结点** 的性质。
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下面我们来尝试展开计算。为了减小计算难度,我们假设树是一个「完美二叉树」,该假设不会影响计算结果的正确性。设二叉树(即堆)结点数量为 $n$ ,树高度为 $h$ 。上文提到,**结点堆化最大迭代次数等于该结点到叶结点的距离,而这正是“结点高度”**。因此,我们将各层的“结点数量 $\times$ 结点高度”求和,即可得到所有结点的堆化的迭代次数总和。
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下面我们来展开计算。为了减小计算难度,我们假设树是一个「完美二叉树」,该假设不会影响计算结果的正确性。设二叉树(即堆)结点数量为 $n$ ,树高度为 $h$ 。上文提到,**结点堆化最大迭代次数等于该结点到叶结点的距离,而这正是“结点高度”**。
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![完美二叉树的各层结点数量](build_heap.assets/heapify_operations_count.png)
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因此,我们将各层的“结点数量 $\times$ 结点高度”求和,即可得到 **所有结点的堆化的迭代次数总和**。
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T(h) = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \cdots + 2^{(h-1)}\times1
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![完美二叉树的各层结点数量](build_heap.assets/heapify_operations_count.png)
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化简上式需要借助中学的数列知识,先对 $T(h)$ 乘以 $2$ ,易得
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