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PAT 1057. Stack (30) 求动态数据的中位数, 堆的插入和删除

程序员文章站 2022-07-15 12:30:39
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PAT 1057. Stack (30) 求动态数据的中位数, 堆的插入和删除

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题意:
pop和push不难,关键在于如何快速求栈中元素的中位数。
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解题思路与注意点:
树状数组显然是最简便的,但是感觉有点超纲
我自己用的是最大最小堆去处理,只不过中间走了很多坑。。。
想维持中位数,只要维持2个堆,左堆HeapL和右堆HeapR
	HeapL是大顶堆,HeapR是小顶堆。
	根据中位数的定义,偶数是第N/2个,奇数是第(N+1)/2个
	则我们始终维持堆的个数为 0=<HeapL-HeapR<=1
	这样HeapL的第一位即最大值就是中位数
那么如何维持呢这个等式被?根据以下规则:
1.当插入的数字小于等于当前中位数时,插入左堆
	根据堆的插入方法(上溯法)插入后,判断一下左堆是否比右堆大2
	如果大2,说明左堆数量过多,把左堆顶的元素放入右堆。
2.当插入的数字大于当前中位数时,插入右堆
	插入后,判断一下右堆是否大于左堆
	若大于,则右堆数量过多,把右堆堆顶的元素放入左堆
3.当Pop时,需要定位到那个pop元素的位置(在左堆还是右堆,在堆里的哪个位置)
	并执行删除操作。
	大家常见的堆的删除只基于堆顶元素删除,但这里必须进行任意位置的删除。
	删除方法如下(这里假设为大顶堆):
	先定位到pop元素所在的位置,然后将堆的最后一个元素A放到该位置
		接着和父节点B比较一下大小
			如果A比B小,那么进行向下调整。
			如果A比B大,那么进行向上调整(这一步很关键)
		直到A放到了合适的位置
	堆的删除并调整完成后,判断一下左右堆的数量关系
	再确定是否需要将左堆元素给右堆,或者右堆元素给左堆。

堆的插入删除复杂度只有logN,故总的复杂度为NlogN。
比较麻烦的点在于
	1.要用2个数组去确定各点的位置,以便未来删除。该位置必须时刻更新。
	2.每次插入删除时,都要确定一下左右堆的数量关系,这样才能使左堆的第一个就是中位数。
	3.左堆和右堆各写了2个函数,很容易写错,l或者r之类的,下次lr用大写不要用小写
*************************/
/***********************
笔记:

*********************/
#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<string>
#include<vector>
#include<queue>
#include<stdlib.h>
#include<algorithm>
#include<string.h>
#include<stack>
#include<map>
#include<unordered_map>
using namespace std;
#define M 110000
#define INF 0x7fffffff

struct node{
	int k;
	int data;
};

struct node heapl[M],heapr[M];
int flag[M],place[M];
int len;
int ln=0,rn=0;
stack<int> heap;
stack<int> s;
void deleL(int p){
	int i=p,j;
	struct node Node= heapl[ln];
	if(p>1 && Node.data > heapl[p/2].data){
		i=p;
		while(i>1){
			j=i/2;
			if(Node.data < heapl[j].data){
				heapl[i] = heapl[j];
				place[heapl[j].k]=i;
			}
			else 
				break;
			i=j;
		}				
	}
	else{
		while(i*2 < ln){
			j=i*2;
			if(i*2+1< ln && heapl[i*2+1].data > heapl[i*2].data){
				j=i*2 + 1;
			}
			if(Node.data < heapl[j].data){
				place[heapl[j].k] = i;
				heapl[i]=heapl[j];
				i=j;
			}else 
				break;
		}
	}
	heapl[i] = Node;
	place[Node.k]=i;
	ln--;

}
void deleR(int p){
	int i=p,j;
	struct node Node=heapr[rn];
	
	if(p>1 && Node.data < heapr[p/2].data){
		i=p;
		while(i>1){
			j=i/2;
			if(Node.data < heapr[j].data){
				heapr[i] = heapr[j];
				place[heapr[j].k]=i;
			}
			else 
				break;
			i=j;
		}		
	}
	else{
		while(i*2 < rn){
			j=i*2;
			if(i*2+1< rn && heapr[i*2+1].data < heapr[i*2].data){
				j=i*2 + 1;
			}
			if(Node.data>heapr[j].data){
				place[heapr[j].k] = i;
				heapr[i]=heapr[j];
				i=j;
			}
			else break;
		}
	}
	heapr[i] = Node;
	place[Node.k]=i;
	rn--;
}

void insertL(struct node Node){
	ln++;
	heapl[ln]=Node;
	int i,j;
	i=ln;
	while(i>1){
		j=i/2;
		if(Node.data > heapl[j].data){
			heapl[i] = heapl[j];
			place[heapl[j].k]=i;
		}
		else 
			break;
		i=j;
	}
	heapl[i]=Node;
	place[Node.k]=i;
	flag[Node.k]=0;
}
void insertR(struct node Node){
	rn++;
	heapr[rn]=Node;
	int i,j;
	i=rn;
	while(i>1){
		j=i/2;
		if(Node.data < heapr[j].data){
			heapr[i] = heapr[j];
			place[heapr[j].k]=i;
		}
		else 
			break;
		i=j;
	}
	heapr[i]=Node;
	place[Node.k]=i;
	flag[Node.k]=1;
}
void heappop(int delei){
	if(flag[delei]==0){
		deleL(place[delei]);
		if(ln<rn){
			flag[heapr[1].k]=0;
			insertL(heapr[1]);
			deleR(1);

		}
	}
	else{
		deleR(place[delei]);
		if(ln-rn>=2){
			flag[heapl[1].k]=1;
			insertR(heapl[1]);
			deleL(1);
		}
	}
}




int main(){
	int n,j;
	char cmd[28];
	scanf("%d",&n);

	int pushn;
	len=0;

	struct node Node; 
	int delei,i;
	for(i=0;i<n;i++){
		scanf("%s",cmd);
		if(strcmp(cmd,"Pop")==0){
			if(s.empty()){
				printf("Invalid\n");
			}
			else{
				printf("%d\n",s.top());
				delei = heap.top();
				heappop(delei);
				heap.pop();
				s.pop();
			}
		}
		else if(strcmp(cmd,"Push")==0){
			scanf("%d",&pushn);
			if(ln==0 || pushn <= heapl[1].data){
				flag[i]=0;
				Node.data=pushn;
				Node.k=i;
				insertL(Node);
				if(ln-rn>=2){
					flag[heapl[1].k]=1;
					insertR(heapl[1]);
					deleL(1);
				}
			}
			else{
				flag[i]=1;
				Node.data=pushn;
				Node.k=i;
				insertR(Node);
				if(rn>ln){
					flag[heapr[1].k]=0;
					insertL(heapr[1]);
					deleR(1);
				}
			}
			heap.push(i);
			s.push(pushn);
		}
		else if(strcmp(cmd,"PeekMedian")==0){
			if(s.empty()){
				printf("Invalid\n");
			}
			else{
				printf("%d\n",heapl[1].data);
			}
		}
		else printf("Invalid\n");
	}

	return 0;
}