实验七优先队列与堆实验报告

实验报告部分
HUNAN UNIVERSITY 课程实习报告
题目：优先队列与堆
学生姓名廖嘉琦
学生学号 20090820109 专业班级通信一班
指导老师夏艳
完成日期 2010-11-2
一、需求分析
（1）本程序要求利用最小值堆实现一个优先队列。

（2）对于优先队列应该支持如下操作：初始化队列的init操作；获得队列中元素个数的size操作；判定队列是否为空的empty操作；获得队列中最优先的元素的值的top 操作；向队列中插入一个元素的push操作；删除队列中最优先的元素的pop操作。

（3）利用优先队列存入所有病人的信息（编号和病情严重程度）。

最后利用优先队列获得病人看病的次序。

（4）堆的数组的ID和和Priority由用户通过键盘输入，其取值范围为（0，216）。

不对非法输入做处理，即假设输入都是合法的。

（5）在Dos界面输出病人看病的次序。

（6）测试数据
输入
115
2 3
3 5
420
510
－1 －1
输出
2
3
5
1
4
二、概要设计
抽象数据类型
为实现上述程序的功能，应以整数存储用户的输入，以及计算出的结果。

算法的基本思想
（1）根据题目要求，最小值堆采用数组作为物理存储结构，每个元素是一个结构体变量，包含编号ID和病情严重程度Priority值，以Priority进行排序，最后由优先队列获得病人看病的次序。

程序的流程
程序由三个模块组成：
（1）输入模块：完成输入结构体数组中每个元素的ID和Priority节点个数，存储在struct patient p[30]中。

（2）处理模块：再定义一个类，将该数组作为参数传给类，使数组变成一个优先队列。

（3）输出模块：屏幕上显示排序后的病人看病次序。

三、详细设计
物理数据类型
题目要求输入的正整数的取值范围在（0，216）之间，为了能够存储，采用C语言中的整型定义变量。

在定义一个结构体变量，存储次序和病情程度。

struct patient {
int ID;
int Priority; };
算法的具体步骤算法流程图如下
输入和输出的格式
输入
615
7 3
8 5
920
1010 //输入病人的ID号和Priority
－1 －1 //以-1结束
输出
2
3
5
1
4 //输出病人的次序
四、调试分析
略。

五、测试结果
输入
1115
12 3
13 5
1420
1510
－1 －1
输出
2
3
5
1
4
六、用户使用说明（可选）
1、本程序的运行环境为DOS操作系统，执行文件为正式实验七.exe
2、运行程序时
提示输入病人的ID号和Priority
以-1结束
七、实验心得（可选）
略。

七、附录（可选）
正式试验七.c 主程序
#include<iostream.h>
struct patient
{
int ID;
int Priority;
}; //定义一个结构体变量
class minheap
{
private:
struct patient* Heap;
int size;
int n;
void siftdown(int);
public:
minheap(struct patient * h,int num,int max) //包涵该数组、数组元素数目、数组的大小{
Heap=h;
n=num;
size=max;
buildHeap(); //建立一个最小值堆
}
int heapsize() const { return n;} //堆的大小
bool isLeaf (int pos) const
{ return (pos >=n/2)&&(pos<n); } //判断是否叶节点
int leftchild(int pos) const
{ return 2*pos+1; } //得到左节点
int rightchild(int pos) const
{ return 2*pos+2; } //得到右节点
int parent(int pos) const
{ return (pos-1)/2; } //得到父节点
bool empty()
{ if(n==0) return true; else return false;} //判定队列是否为空
bool push(const struct patient&); //向队列中插入一个元素
bool pop(struct patient&); //删除队列中最优先的元素bool top(struct patient&); //获得队列中最优先的元素的值
void buildHeap()
{ for(int i=n/2-1;i>=0;i--) siftdown(i); } //将一个数组按照堆的性质重新建立
};
void minheap::siftdown(int pos) //往下建立最小值堆
{
while (!isLeaf(pos))
{
int j = leftchild(pos);
int rc = rightchild(pos);
if ((rc<n) && (Heap[j].Priority>Heap[rc].Priority))
j = rc; //先把Heap[j]设成子树中的较小值
if (!(Heap[pos].Priority>Heap[j].Priority))
return; //结点若比子树还小，就不必动
struct patient temp;
temp=Heap[pos];
Heap[pos]=Heap[j];
Heap[j]=temp; //交换结点与该子树
//swap(Heap, pos, j);
pos = j; //把子树设为当前结点，再重复进行，往下建立最小值堆}
}
bool minheap:: pop(struct patient& it) //删除队列中最优先的元素
{
if (empty()) return false; // 堆是空的
struct patient temp;
temp=Heap[0];
Heap[0]=Heap[--n];
Heap[n]=temp; //把堆中的最小元素与最后一个元素交换
//swap(Heap, 0, --n);
if (n != 0)
siftdown(0); //将第一个元素往后交换
it = Heap[n]; // 返回最小元素
return true;
}
bool minheap::push (const struct patient& val) //向队列中插入一个元素
{
if(n>=size)
return false; //堆已满
int curr=n++;
Heap[curr]=val;
while((curr!=0)&&(Heap[curr].Priority<Heap[parent(curr)].Priority))
{
struct patient temp;
temp=Heap[curr];
Heap[curr]=Heap[parent(curr)];
Heap[parent(curr)]=temp;
//swap(Heap,curr,);
curr=parent(curr);
} //按照优先值把元素插入堆中
return true;
}
bool minheap::top(struct patient& it)
{
if(n==0)
return false ;
it=Heap[0]; //返回第一个元素，即最优先元素
return true;
}
void main()
{
cout<<"请输入病人的ID号和病情程度，并以-1结束"<<endl;
int a,b;
cin>>a;
cin>>b;
struct patient p[30]; //定义一个结构体数组
int i=0;
while((a!=-1)&&(b!=-1)) //如果a和b都不是-1，继续往下{
p[i].ID=a; //对结构体变量的初始化
p[i].Priority=b;
i++;
cin>>a;
cin>>b;
} //最后数组中一共有i个值
minheap dui(p,i,30); //建立一个类，使得该数组成为一个堆
struct patient patient1;
cout<<"病人的排序为:"<<endl;
for(int j=0;j<i;j++)
{
dui.pop(patient1);
cout<<patient1.ID<<endl; //打印出排序后病人的ID }}。