当前位置: 首页 > 知识库问答 >
问题:

如何实现中值堆

阳凌
2023-03-14

像Max-heap和Min-heap一样,我想实现一个Median-heap来跟踪一组给定整数的中值。API应该具有以下三个功能:

insert(int)  // should take O(logN)
int median() // will be the topmost element of the heap. O(1)
int delmedian() // should take O(logN)

我想使用一个数组(a)实现来实现堆,其中数组索引k的子元素存储在数组索引2*k和2*k 1中。为了方便起见,数组开始从索引1填充元素。这就是我到目前为止所做的:中值堆将有两个整数,以跟踪到目前为止插入的整数数量

if abs(gcm-lcm) >= 2 and gcm > lcm we need to swap a[1] with one of its children. 
The child chosen should be greater than a[1]. If both are greater, 
choose the smaller of two.

另一种情况也是如此。我想不出如何下沉和游泳元素的算法。我认为它应该考虑数字与中位数的接近程度,所以类似于:

private void swim(int k) {
    while (k > 1 && absless(k, k/2)) {   
        exch(k, k/2);
        k = k/2;
    }
}

不过,我想不出整个解决方案。

共有3个答案

雷硕
2023-03-14

以下是我的代码基于comocomocomocomo提供的答案:

import java.util.PriorityQueue;

public class Median {
private  PriorityQueue<Integer> minHeap = 
    new PriorityQueue<Integer>();
private  PriorityQueue<Integer> maxHeap = 
    new PriorityQueue<Integer>((o1,o2)-> o2-o1);

public float median() {
    int minSize = minHeap.size();
    int maxSize = maxHeap.size();
    if (minSize == 0 && maxSize == 0) {
        return 0;
    }
    if (minSize > maxSize) {
        return minHeap.peek();
    }if (minSize < maxSize) {
        return maxHeap.peek();
    }
    return (minHeap.peek()+maxHeap.peek())/2F;
}

public void insert(int element) {
    float median = median();
    if (element > median) {
        minHeap.offer(element);
    } else {
        maxHeap.offer(element);
    }
    balanceHeap();
}

private void balanceHeap() {
    int minSize = minHeap.size();
    int maxSize = maxHeap.size();
    int tmp = 0;
    if (minSize > maxSize + 1) {
        tmp = minHeap.poll();
        maxHeap.offer(tmp);
    }
    if (maxSize > minSize + 1) {
        tmp = maxHeap.poll();
        minHeap.offer(tmp);
    }
  }
}
林项明
2023-03-14

这是一个MedianHeap的java实现,是在上述Como解释的帮助下开发的。

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Scanner;

/**
 *
 * @author BatmanLost
 */
public class MedianHeap {

    //stores all the numbers less than the current median in a maxheap, i.e median is the maximum, at the root
    private PriorityQueue<Integer> maxheap;
    //stores all the numbers greater than the current median in a minheap, i.e median is the minimum, at the root
    private PriorityQueue<Integer> minheap;

    //comparators for PriorityQueue
    private static final maxHeapComparator myMaxHeapComparator = new maxHeapComparator();
    private static final minHeapComparator myMinHeapComparator = new minHeapComparator();

    /**
     * Comparator for the minHeap, smallest number has the highest priority, natural ordering
     */
    private static class minHeapComparator implements Comparator<Integer>{
        @Override
        public int compare(Integer i, Integer j) {
            return i>j ? 1 : i==j ? 0 : -1 ;
        }
    }

    /**
     * Comparator for the maxHeap, largest number has the highest priority
     */
    private static  class maxHeapComparator implements Comparator<Integer>{
        // opposite to minHeapComparator, invert the return values
        @Override
        public int compare(Integer i, Integer j) {
            return i>j ? -1 : i==j ? 0 : 1 ;
        }
    }

    /**
     * Constructor for a MedianHeap, to dynamically generate median.
     */
    public MedianHeap(){
        // initialize maxheap and minheap with appropriate comparators
        maxheap = new PriorityQueue<Integer>(11,myMaxHeapComparator);
        minheap = new PriorityQueue<Integer>(11,myMinHeapComparator);
    }

    /**
     * Returns empty if no median i.e, no input
     * @return
     */
    private boolean isEmpty(){
        return maxheap.size() == 0 && minheap.size() == 0 ;
    }

    /**
     * Inserts into MedianHeap to update the median accordingly
     * @param n
     */
    public void insert(int n){
        // initialize if empty
        if(isEmpty()){ minheap.add(n);}
        else{
            //add to the appropriate heap
            // if n is less than or equal to current median, add to maxheap
            if(Double.compare(n, median()) <= 0){maxheap.add(n);}
            // if n is greater than current median, add to min heap
            else{minheap.add(n);}
        }
        // fix the chaos, if any imbalance occurs in the heap sizes
        //i.e, absolute difference of sizes is greater than one.
        fixChaos();
    }

    /**
     * Re-balances the heap sizes
     */
    private void fixChaos(){
        //if sizes of heaps differ by 2, then it's a chaos, since median must be the middle element
        if( Math.abs( maxheap.size() - minheap.size()) > 1){
            //check which one is the culprit and take action by kicking out the root from culprit into victim
            if(maxheap.size() > minheap.size()){
                minheap.add(maxheap.poll());
            }
            else{ maxheap.add(minheap.poll());}
        }
    }
    /**
     * returns the median of the numbers encountered so far
     * @return
     */
    public double median(){
        //if total size(no. of elements entered) is even, then median iss the average of the 2 middle elements
        //i.e, average of the root's of the heaps.
        if( maxheap.size() == minheap.size()) {
            return ((double)maxheap.peek() + (double)minheap.peek())/2 ;
        }
        //else median is middle element, i.e, root of the heap with one element more
        else if (maxheap.size() > minheap.size()){ return (double)maxheap.peek();}
        else{ return (double)minheap.peek();}

    }
    /**
     * String representation of the numbers and median
     * @return 
     */
    public String toString(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("\n Median for the numbers : " );
        for(int i: maxheap){sb.append(" "+i); }
        for(int i: minheap){sb.append(" "+i); }
        sb.append(" is " + median()+"\n");
        return sb.toString();
    }

    /**
     * Adds all the array elements and returns the median.
     * @param array
     * @return
     */
    public double addArray(int[] array){
        for(int i=0; i<array.length ;i++){
            insert(array[i]);
        }
        return median();
    }

    /**
     * Just a test
     * @param N
     */
    public void test(int N){
        int[] array = InputGenerator.randomArray(N);
        System.out.println("Input array: \n"+Arrays.toString(array));
        addArray(array);
        System.out.println("Computed Median is :" + median());
        Arrays.sort(array);
        System.out.println("Sorted array: \n"+Arrays.toString(array));
        if(N%2==0){ System.out.println("Calculated Median is :" + (array[N/2] + array[(N/2)-1])/2.0);}
        else{System.out.println("Calculated Median is :" + array[N/2] +"\n");}
    }

    /**
     * Another testing utility
     */
    public void printInternal(){
        System.out.println("Less than median, max heap:" + maxheap);
        System.out.println("Greater than median, min heap:" + minheap);
    }

    //Inner class to generate input for basic testing
    private static class InputGenerator {

        public static int[] orderedArray(int N){
            int[] array = new int[N];
            for(int i=0; i<N; i++){
                array[i] = i;
            }
            return array;
        }

        public static int[] randomArray(int N){
            int[] array = new int[N];
            for(int i=0; i<N; i++){
                array[i] = (int)(Math.random()*N*N);
            }
            return array;
        }

        public static int readInt(String s){
            System.out.println(s);
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            return sc.nextInt();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        System.out.println("You got to stop the program MANUALLY!!");        
        while(true){
            MedianHeap testObj = new MedianHeap();
            testObj.test(InputGenerator.readInt("Enter size of the array:"));
            System.out.println(testObj);
        }
    }
}
赏成益
2023-03-14

您需要两个堆:一个最小堆和一个最大堆。每个堆包含大约一半的数据。最小堆中的每个元素都大于或等于中值,最大堆中的每一个元素都小于或等于中值。

当最小堆比最大堆多包含一个元素时,中位数位于最小堆的顶部。当最大堆比最小堆多包含一个元素时,中位数位于最大堆的顶部。

当两个堆包含相同数量的元素时,元素总数为偶数。在这种情况下,您必须根据中位数的定义进行选择:a)两个中间元素的平均值;b) 二者中较大者;c) 较小的;d) 随机选择两个选项中的任何一个。。。

每次插入时,将新元素与堆顶部的元素进行比较,以决定插入的位置。如果新元素大于当前中值,它将进入最小堆。如果它小于当前的中值,它将进入最大堆。那么你可能需要重新平衡。如果堆的大小相差不止一个元素,则从具有更多元素的堆中提取最小值/最大值,并将其插入到另一个堆中。

为了构造元素列表的中位数堆,我们应该首先使用线性时间算法并找到中位数。一旦知道中位数,我们就可以简单地根据中位数将元素添加到最小堆和最大堆中。不需要平衡堆,因为中位数会将元素的输入列表分成相等的一半。

如果提取元素,可能需要通过将一个元素从一个堆移动到另一个堆来补偿大小的变化。这样可以确保两个堆在任何时候都具有相同的大小,或者只有一个元素不同。

 类似资料:
  • 问题内容: 假设我得到的数据如下: 我想设计一个函数,该函数将使用Python在和,至之间进行线性插值。 我曾尝试浏览本Python教程,但仍然无法理解。 问题答案: 据我了解您的问题,您想编写一些函数,这将给您带来一些价值?然后,基本思路如下: 查找定义了包含的间隔的值的索引。例如,对于您的示例列表,包含间隔为,索引为, 用(即)计算该间隔的斜率。 的值在是现在值加上斜率乘以从距离。 您还需要确

  • 问题内容: 我对实际的.NET实现及其背后的决定感到好奇。 例如,在Java中,匿名类中使用的所有捕获值都必须是最终值。NET中似乎已删除了此要求。 此外,与参考类型相反,值类型的捕获值的实现方式是否有所不同? 谢谢 问题答案: 找出实现方式的最简单方法就是尝试一下。编写一些代码,使用捕获的变量,对其进行编译,然后在Reflector中对其进行查看。请注意,捕获的是 变量 ,而不是 value 。

  • 根据这里找到的答案,https://stackoverflow.com/a/10931091/1311773,我正在尝试实现两个堆,以便我可以计算出一个运行中位数。 我不熟悉堆,也不知道从哪里开始实现这里描述的这个函数。http://programmingpraxis.com/2012/05/29/streaming-median/ 我的目标是创建一个小的测试程序,有效地计算运行的中间值,这样随着

  • 问题内容: 当用户访问列表中可见的项目时,如何在底部显示进度栏。 我编写了一个代码,其中使用Web服务获取数据,现在我想填充部分记录,因为我的JSON中大约有 630条记录 。 这是我用来从JSON获取数据并填充到RecyclerView中的整个代码。 这是我的JSON的外观,但是真实的JSON包含600多个记录: 有人可以指导我在我的代码中进行更改的地方吗? 每当用户使用进度条滚动到底部时,我想

  • 问题内容: 我正在使用iOS的Google Maps API,并想使用标记聚类实用程序。我想出了如何显示聚簇标记,但是我想自定义标记。有人可以解释如何设置/更改每个标记或群集标记的图标和标题吗?示例代码将非常有帮助。 到目前为止,这就是我所拥有的。我不知道该如何处理renderClusters和更新函数。 问题答案: 在 Swift 4上 ,我找到了一种针对聚簇标记的干净解决方案,可以为聚簇使用自

  • 问题内容: 我是SwiftUI的新手。我有三个视图,我希望它们在PageView中。我想像滑动浏览器一样滑动每个“视图”,并希望这些小点表示我所在的视图。 问题答案: 页面控制 您的页面浏览量 您的页面视图控制器 假设您有一个类似的观点 您可以像这样在主swiftUI视图中使用此组件。