一尘不染

将最大堆转换为二进制搜索树

algorithm

我们给了一个2 m -1个不同的可比较元素的数组,索引从1开始。

我们可以将数组视为完整的二叉树:

Node is placed at index i.
Left child is placed at 2i.
Right child is placed at 2i+1.

例如,数组

[7 6 4 5 2 3 1]

是树吗

       7
    /    \
   6       4
  /  \    / \
 5    2   3  1

现在,当将它们视为二叉树时,这些元素满足了heap属性,一个节点大于其两个子节点:

A[i] > A[2i] and A[i] > A[2i+1]

是否有相当快速的就地算法来对数组的元素进行混洗,以使生成的二叉树(如上所述)成为二叉 搜索 树?

回想一下,在二叉搜索树中,节点大于其所有左后代,并且小于其所有右后代。

例如,上述数组的改组将是

[4 2 6 1 3 5 7]

对应于二叉搜索树

       4
    /    \
   2       6
  /  \    / \
 1    3   5  7

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2020-07-28

共1个答案

一尘不染

首先,我们注意到我们可以-在不失一般性的前提下-假设我们2^m-1在二叉树中有1,2,3,…元素。因此,从现在开始,我们假设我们拥有这些数字。

然后,我将尝试一些将排序后的数组(即1 2 3 4 5)转换为表示排序后的二叉树的数组的函数。

在带有(2^m)-1元素的分类二叉树中,我们总是认为树的“底部”由所有不均匀数组成,例如m=3

     4
  2     6
 1 3   5 7

这意味着,在相应的数组中,我们有最后的数字都是不均匀数字:

4 2 6 1 3 5 7
      -------
         ^
         uneven numbers!

因此,我们可以通过确保2^(m-1)对应数组中的最后一个数字都是不均匀数来构造二叉树的最后一个“行”
。因此,对于最后一行,我们要做的就是构造一个函数,以将索引不均匀的位置处的所有元素移动到最后一行。

因此,现在让我们假设我们有一个例程-给定排序数组作为输入-正确建立最后一行。

然后,我们可以调用整个数组的例程以构造最后一行,而所有其他元素保持排序。在数组上应用此例程时1 2 3 4 5 6 7,会出现以下情况:

2 4 6 1 3 5 7
      -------
         ^
         correct!

在第一轮之后,我们对剩下的子数组(即2 4 6)应用例程,该子数组构造了我们的二叉树的倒数第二个“行”,而剩下的元素保持不变,因此得到以下结果:

 now correct as well!
   v
  ---
4 2 6 1 3 5 7
      -------
         ^
         correct from run before

因此,我们要做的就是构造一个可以正确安装最后一行(即数组的后半部分)的函数!

可以在O(n log n)哪里n输入数组的大小。因此,我们只是从头到尾遍历数组,并交换不平坦位置,以使最后一行(即数组的后半部分)正确。这可以就地完成。然后,我们对数组的前半部分进行排序(例如使用heapsort)。因此,此子例程的整个运行时为O(n log n)

因此n,总计大小为数组的运行时为:

O(n log n) + O(n/2 log n/2) + O(n/4 log n/4) + ...与相同O(n log n)。请注意,我们必须使用就地排序算法(例如Heapsort),以便整个工作完全就地进行。

对不起,我无法进一步阐述,但我想您可以理解。

2020-07-28