欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

优先级队列--堆

程序员文章站 2024-02-11 21:17:16
...

二叉树和数组–结合(堆)

一:存储方式
使用数组保存二叉树结构,方式即将二叉树用层序遍历方式放入数组中。一般只适合表示完全二叉树,因为非完全二叉树会有空间的浪费。这种方式的主要用法就是堆的表示。
二: 下标关系
已知双亲(parent)的下标,则:
左孩子(left)下标 = 2 * parent + 1;
右孩子(right)下标 = 2 * parent + 2;
已知孩子(不区分左右)(child)下标,则:
双亲(parent)下标 = (child - 1) / 2;

优先级队列--堆

一:概念

  1. 堆逻辑上是一棵完全二叉树
  2. 堆物理上是保存在数组中
  3. 满足任意结点的值都大于其子树中结点的值,叫做大堆,或者大根堆,或者最大堆
  4. 反之,则是小堆,或者小根堆,或者最小堆
  5. 堆的基本作用是,快速找集合中的最值,
  6. 用于堆排序

优先级队列--堆

二:下面代码详细展示了 建堆 入队列 出队列 堆排序 等 堆的操作

import java.util.Arrays;

public class Heat {
    public int[] elem;
    public int usedSize;

    public Heat(){
        this.elem = new int[20];
        this.usedSize = 0;
    }

    /**
     * 向下调整  一次调整
     * @param root:每次调整的这棵树的根节点下标
     */
    public void adjustDown(int root,int len) {
        int parent = root;
        int child = 2*parent+1;
        while (child < len) {
            //判断是否有右孩子 且谁最大
            if(child+1 < len && elem[child] <
                    elem[child+1]) {
                child = child+1;
            }
            //child肯定是左右孩子的最大值下标
            if(elem[child] > elem[parent]) {
                int tmp = elem[child];
                elem[child] = elem[parent];
                elem[parent] = tmp;
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                //达到有序状态
                break;
            }
        }
    }

    //建堆
    public void createHeap(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            this.elem[i] = array[i];
            this.usedSize++;
        }
        for (int i = (this.usedSize-1-1)/2; i >= 0; i--) {
            adjustDown(i,this.usedSize);
        }
    }

    //向上调整
    public void adjustUp(int child) {
        int parent = (child-1)/2;
        while (child > 0) {
            if(this.elem[child] > this.elem[parent]) {
                int tmp = elem[child];
                elem[child] = elem[parent];
                elem[parent] = tmp;
                child = parent;
                parent = (child-1)/2;
            }else {
                break;
            }
        }
    }
    //堆是否满了
    public boolean isFull(){
        return this.usedSize == this.elem.length;
    }


    /**
     * 入队列
     * 1. 首先按尾插方式放入数组
     * 2. 比较其和其双亲的值的大小,如果双亲的值大,则满足堆的性质,插入结束
     * 3. 否则,交换其和双亲位置的值,重新进行 2、3 步骤
     * 4. 直到根结点
     * @param val
     */
    public void pushHeap(int val) {
        if(isFull()) {
            this.elem = Arrays.copyOf
                    (this.elem,this.elem.length*2);
        }
        this.elem[this.usedSize] = val;
        this.usedSize++;//11
        adjustUp(usedSize-1);
    }

    public boolean isEmpty() {
        return this.usedSize == 0;
    }

    /**
     * 出队列
     * 为了防止破坏堆的结构,删除时并不是直接将堆顶元素删除,
     * 而是用数组的最后一个元素替换堆顶元素,然后通过向下调整方式重新调整成堆
     */
    public void popHeap() {
        //0、堆为空 的时候\
        if(isEmpty()) {
            return;
        }
        //1、根顶元素和最后一个元素进行交换
        int tmp = this.elem[0];
        this.elem[0] = this.elem[this.usedSize-1];
        this.elem[this.usedSize - 1] = tmp;
        this.usedSize--;
        //2、向下调整,只需要调整0号下标这棵树
        adjustDown(0,this.usedSize);
    }

    //得到堆顶元素
    public int getPop() {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return this.elem[0];
    }

    
    public void display() {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            System.out.print(this.elem[i] +" ");
        }
        System.out.println();
    }
    //堆排序
    public void heapSort(){
        int end = this.usedSize -1;
        while(end > 0){
            int tmp = this.elem[0];
            this.elem[0] = this.elem[end];
            this.elem[end] = tmp;
            adjustDown(0,end);
            end--;
        }

    }

}