Python包含了用于min-堆的heapq模块,但我需要一个max堆。在Python中我应该使用什么来实现最大堆?


当前回答

我还需要使用max-heap,我处理的是整数,所以我只是包装了我需要的heap中的两个方法,如下所示:

import heapq


def heappush(heap, item):
    return heapq.heappush(heap, -item)


def heappop(heap):
    return -heapq.heappop(heap)

然后,我只是分别用heappush()和heappop()替换了我的heapq.heappush()和heappop()调用。

其他回答

最简单的方法是反转键的值并使用heapq。例如,将1000.0转换为-1000.0,将5.0转换为-5.0。

如果插入的键具有可比性但不像int型,则可能重写它们上的比较操作符(即<=变成>,>变成<=)。否则,您可以重写heapq。heapq模块中的_siftup(最后都是Python代码)。

这是一个基于heapq的简单MaxHeap实现。虽然它只适用于数值。

import heapq
from typing import List


class MaxHeap:
    def __init__(self):
        self.data = []

    def top(self):
        return -self.data[0]

    def push(self, val):
        heapq.heappush(self.data, -val)

    def pop(self):
        return -heapq.heappop(self.data)

用法:

max_heap = MaxHeap()
max_heap.push(3)
max_heap.push(5)
max_heap.push(1)
print(max_heap.top())  # 5

我创建了一个名为heap_class的包,它实现了最大堆,还将各种堆函数包装到一个与列表兼容的环境中。

>>> from heap_class import Heap
>>> h = Heap([3, 1, 9, 20], max=True)
>>> h.pop()
20
>>> h.peek()  # same as h[0]
9
>>> h.push(17)  # or h.append(17)
>>> h[0]  # same as h.peek()
17
>>> h[1]  # inefficient, but works
9

从最大堆中获得最小堆。

>>> y = reversed(h)
>>> y.peek()
1
>>> y  # repr is inefficient, but correct
Heap([1, 3, 9, 17], max=False)
>>> 9 in y
True
>>> y.raw()  # underlying heap structure
[1, 3, 17, 9]

正如其他人所提到的,在max堆中处理字符串和复杂对象在heapq中是相当困难的,因为它们不同 否定的形式。heap_class实现简单:

>>> h = Heap(('aa', 4), ('aa', 5), ('zz', 2), ('zz', 1), max=True)
>>> h.pop()
('zz', 2)

支持自定义键,并与后续的推/追加和弹出一起工作:

>>> vals = [('Adam', 'Smith'), ('Zeta', 'Jones')]
>>> h = Heap(vals, key=lambda name: name[1])
>>> h.peek()  # Jones comes before Smith
('Zeta', 'Jones')
>>> h.push(('Aaron', 'Allen'))
>>> h.peek()
('Aaron', 'Allen')

(实现是建立在heapq函数上的,所以它都是用C语言或C语言包装的,除了Python中max heap上的heappush和heapreplace)

解决方案是当你在堆中存储你的值时对其求反,或者像这样反转你的对象比较:

import heapq

class MaxHeapObj(object):
  def __init__(self, val): self.val = val
  def __lt__(self, other): return self.val > other.val
  def __eq__(self, other): return self.val == other.val
  def __str__(self): return str(self.val)

max-heap的例子:

maxh = []
heapq.heappush(maxh, MaxHeapObj(x))
x = maxh[0].val  # fetch max value
x = heapq.heappop(maxh).val  # pop max value

但是您必须记住包装和打开您的值,这需要知道您正在处理的是最小堆还是最大堆。

MinHeap, MaxHeap类

为MinHeap和MaxHeap对象添加类可以简化代码:

class MinHeap(object):
  def __init__(self): self.h = []
  def heappush(self, x): heapq.heappush(self.h, x)
  def heappop(self): return heapq.heappop(self.h)
  def __getitem__(self, i): return self.h[i]
  def __len__(self): return len(self.h)

class MaxHeap(MinHeap):
  def heappush(self, x): heapq.heappush(self.h, MaxHeapObj(x))
  def heappop(self): return heapq.heappop(self.h).val
  def __getitem__(self, i): return self.h[i].val

使用示例:

minh = MinHeap()
maxh = MaxHeap()
# add some values
minh.heappush(12)
maxh.heappush(12)
minh.heappush(4)
maxh.heappush(4)
# fetch "top" values
print(minh[0], maxh[0])  # "4 12"
# fetch and remove "top" values
print(minh.heappop(), maxh.heappop())  # "4 12"