feat: add rust codes for chapter heap (#612)
Co-authored-by: Yudong Jin <krahets@163.com>pull/614/head
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ead33ca863
commit
a296786b2a
@ -0,0 +1,73 @@
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/*
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* File: heap.rs
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* Created Time: 2023-07-16
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* Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
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*/
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include!("../include/include.rs");
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use std::collections::BinaryHeap;
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fn test_push(heap: &mut BinaryHeap<i32>, val: i32, flag: i32) {
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heap.push(flag * val); // 元素入堆
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println!("\n元素 {} 入堆后", val);
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print_util::print_heap(heap.iter().map(|&val| flag * val).collect());
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}
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fn test_pop(heap: &mut BinaryHeap<i32>, flag: i32) {
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let val = heap.pop().unwrap();
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println!("\n堆顶元素 {} 出堆后", flag * val);
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print_util::print_heap(heap.iter().map(|&val| flag * val).collect());
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}
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/* Driver Code */
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fn main() {
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/* 初始化堆 */
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// 初始化小顶堆
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#[allow(unused_assignments)]
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let mut min_heap = BinaryHeap::new();
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// Rust 的 BinaryHeap 是大顶堆,当入队时将元素值乘以 -1 将其反转,当出队时将元素值乘以 -1 将其还原
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let min_heap_flag = -1;
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// 初始化大顶堆
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let mut max_heap = BinaryHeap::new();
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let max_heap_flag = 1;
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println!("\n以下测试样例为大顶堆");
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/* 元素入堆 */
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test_push(&mut max_heap, 1, max_heap_flag);
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test_push(&mut max_heap, 3, max_heap_flag);
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test_push(&mut max_heap, 2, max_heap_flag);
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test_push(&mut max_heap, 5, max_heap_flag);
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test_push(&mut max_heap, 4, max_heap_flag);
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/* 获取堆顶元素 */
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let peek = max_heap.peek().unwrap() * max_heap_flag;
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println!("\n堆顶元素为 {}", peek);
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/* 堆顶元素出堆 */
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test_pop(&mut max_heap, max_heap_flag);
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test_pop(&mut max_heap, max_heap_flag);
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test_pop(&mut max_heap, max_heap_flag);
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test_pop(&mut max_heap, max_heap_flag);
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test_pop(&mut max_heap, max_heap_flag);
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/* 获取堆大小 */
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let size = max_heap.len();
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println!("\n堆元素数量为 {}", size);
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/* 判断堆是否为空 */
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let is_empty = max_heap.is_empty();
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println!("\n堆是否为空 {}", is_empty);
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/* 输入列表并建堆 */
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// 时间复杂度为 O(n) ,而非 O(nlogn)
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min_heap = BinaryHeap::from(
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vec![1, 3, 2, 5, 4]
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.into_iter()
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.map(|val| min_heap_flag * val)
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.collect::<Vec<i32>>(),
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);
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println!("\n输入列表并建立小顶堆后");
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print_util::print_heap(min_heap.iter().map(|&val| min_heap_flag * val).collect());
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}
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@ -0,0 +1,165 @@
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/*
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* File: my_heap.rs
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* Created Time: 2023-07-16
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* Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
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*/
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include!("../include/include.rs");
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/* 大顶堆 */
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struct MaxHeap {
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// 使用 vector 而非数组,这样无需考虑扩容问题
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max_heap: Vec<i32>,
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}
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impl MaxHeap {
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/* 构造方法,根据输入列表建堆 */
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fn new(nums: Vec<i32>) -> Self {
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// 将列表元素原封不动添加进堆
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let mut heap = MaxHeap { max_heap: nums };
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// 堆化除叶节点以外的其他所有节点
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for i in (0..=Self::parent(heap.size() - 1)).rev() {
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heap.sift_down(i);
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}
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heap
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}
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/* 获取左子节点索引 */
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fn left(i: usize) -> usize {
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2 * i + 1
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}
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/* 获取右子节点索引 */
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fn right(i: usize) -> usize {
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2 * i + 2
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}
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/* 获取父节点索引 */
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fn parent(i: usize) -> usize {
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(i - 1) / 2 // 向下整除
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}
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/* 交换元素 */
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fn swap(&mut self, i: usize, j: usize) {
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self.max_heap.swap(i, j);
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}
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/* 获取堆大小 */
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fn size(&self) -> usize {
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self.max_heap.len()
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}
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/* 判断堆是否为空 */
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fn is_empty(&self) -> bool {
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self.max_heap.is_empty()
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}
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/* 访问堆顶元素 */
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fn peek(&self) -> Option<i32> {
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self.max_heap.first().copied()
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}
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/* 元素入堆 */
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fn push(&mut self, val: i32) {
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// 添加节点
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self.max_heap.push(val);
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// 从底至顶堆化
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self.sift_up(self.size() - 1);
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}
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/* 从节点 i 开始,从底至顶堆化 */
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fn sift_up(&mut self, mut i: usize) {
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loop {
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// 节点 i 已经是堆顶节点了,结束堆化
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if i == 0 {
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break;
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}
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// 获取节点 i 的父节点
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let p = Self::parent(i);
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// 当“节点无需修复”时,结束堆化
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if self.max_heap[i] <= self.max_heap[p] {
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break;
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}
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// 交换两节点
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self.swap(i, p);
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// 循环向上堆化
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i = p;
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}
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}
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/* 元素出堆 */
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fn pop(&mut self) -> i32 {
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// 判空处理
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if self.is_empty() {
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panic!("index out of bounds");
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}
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// 交换根节点与最右叶节点(即交换首元素与尾元素)
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self.swap(0, self.size() - 1);
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// 删除节点
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let val = self.max_heap.remove(self.size() - 1);
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// 从顶至底堆化
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self.sift_down(0);
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// 返回堆顶元素
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val
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}
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/* 从节点 i 开始,从顶至底堆化 */
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fn sift_down(&mut self, mut i: usize) {
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loop {
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// 判断节点 i, l, r 中值最大的节点,记为 ma
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let (l, r, mut ma) = (Self::left(i), Self::right(i), i);
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if l < self.size() && self.max_heap[l] > self.max_heap[ma] {
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ma = l;
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}
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if r < self.size() && self.max_heap[r] > self.max_heap[ma] {
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ma = r;
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}
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// 若节点 i 最大或索引 l, r 越界,则无需继续堆化,跳出
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if ma == i {
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break;
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}
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|
// 交换两节点
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self.swap(i, ma);
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// 循环向下堆化
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i = ma;
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}
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}
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/* 打印堆(二叉树) */
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fn print(&self) {
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print_util::print_heap(self.max_heap.clone());
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}
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}
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/* Driver Code */
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fn main() {
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/* 初始化大顶堆 */
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let mut max_heap = MaxHeap::new(vec![9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2]);
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println!("\n输入列表并建堆后");
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max_heap.print();
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/* 获取堆顶元素 */
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let peek = max_heap.peek();
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if let Some(peek) = peek {
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println!("\n堆顶元素为 {}", peek);
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}
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/* 元素入堆 */
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let val = 7;
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max_heap.push(val);
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println!("\n元素 {} 入堆后", val);
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max_heap.print();
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/* 堆顶元素出堆 */
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let peek = max_heap.pop();
|
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|
println!("\n堆顶元素 {} 出堆后", peek);
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|
max_heap.print();
|
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|
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|
/* 获取堆大小 */
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|
let size = max_heap.size();
|
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|
println!("\n堆元素数量为 {}", size);
|
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|
|
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|
/* 判断堆是否为空 */
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let is_empty = max_heap.is_empty();
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|
println!("\n堆是否为空 {}", is_empty);
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|
}
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@ -0,0 +1,39 @@
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|
/*
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* File: top_k.rs
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* Created Time: 2023-07-16
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|
* Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
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*/
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include!("../include/include.rs");
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use std::cmp::Reverse;
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use std::collections::BinaryHeap;
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/* 基于堆查找数组中最大的 k 个元素 */
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fn top_k_heap(nums: Vec<i32>, k: usize) -> BinaryHeap<Reverse<i32>> {
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// Rust 的 BinaryHeap 是大顶堆,使用 Reverse 将元素大小反转
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let mut heap = BinaryHeap::<Reverse<i32>>::new();
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// 将数组的前 k 个元素入堆
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for &num in nums.iter().take(k) {
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heap.push(Reverse(num));
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}
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|
// 从第 k+1 个元素开始,保持堆的长度为 k
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for &num in nums.iter().skip(k) {
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|
// 若当前元素大于堆顶元素,则将堆顶元素出堆、当前元素入堆
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|
if num > heap.peek().unwrap().0 {
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heap.pop();
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||||||
|
heap.push(Reverse(num));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
heap
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Driver Code */
|
||||||
|
fn main() {
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||||||
|
let nums = vec![1, 7, 6, 3, 2];
|
||||||
|
let k = 3;
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||||||
|
|
||||||
|
let res = top_k_heap(nums, k);
|
||||||
|
println!("最大的 {} 个元素为", k);
|
||||||
|
print_util::print_heap(res.into_iter().map(|item| item.0).collect());
|
||||||
|
}
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