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![「每日分享」什麼是二叉堆](http://p2.ttnews.xyz/loading.gif)
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什麼是二叉堆?
二叉堆本質上是一種完全二叉樹,它分為兩個類型:
1.最大堆
2.最小堆
什麼是最大堆呢?最大堆任何一個父節點的值,都
大於等於它左右孩子節點的值。什麼是最小堆呢?最小堆任何一個父節點的值,都小於等於它左右孩子節點的值。
二叉堆的根節點叫做堆頂。
最大堆和最小堆的特點,決定了在最大堆的堆頂是整個堆中的最大元素;最小堆的堆頂是整個堆中的最小元素。
堆的自我調整
對於二叉堆,如下有幾種操作:
插入節點
刪除節點
構建二叉堆
這幾種操作都是基於堆的自我調整。
下面讓我們以最小堆為例,看一看二叉堆是如何進行自我調整的。
1.插入節點
二叉堆的節點插入,插入位置是完全二叉樹的最後一個位置。比如我們插入一個新節點,值是 0。
這時候,我們讓節點0的它的父節點5做比較,如果0小於5,則讓新節點“上浮”,和父節點交換位置。
繼續用節點0和父節點3做比較,如果0小於3,則讓新節點繼續“上浮”。
繼續比較,最終讓新節點0上浮到了堆頂位置。
2.刪除節點
二叉堆的節點刪除過程和插入過程正好相反,所刪除的是處於堆頂的節點。比如我們刪除最小堆的堆頂節點1。
這時候,為了維持完全二叉樹的結構,我們把堆的最後一個節點10補到原本堆頂的位置。
接下來我們讓移動到堆頂的節點10和它的左右孩子進行比較,如果左右孩子中最小的一個(顯然是節點2)比節點10小,那麼讓節點10“下沉”。
繼續讓節點10和它的左右孩子做比較,左右孩子中最小的是節點7,由於10大於7,讓節點10繼續“下沉”。
這樣一來,二叉堆重新得到了調整。
3.構建二叉堆
構建二叉堆,也就是把一個無序的完全二叉樹調整為二叉堆,本質上就是讓
所有非葉子節點依次下沉。我們舉一個無序完全二叉樹的例子:
首先,我們從最後一個非葉子節點開始,也就是從節點10開始。如果節點10大於它左右孩子中最小的一個,則節點10下沉。
接下來輪到節點3,如果節點3大於它左右孩子中最小的一個,則節點3下沉。
接下來輪到節點1,如果節點1大於它左右孩子中最小的一個,則節點1下沉。事實上節點1小於它的左右孩子,所以不用改變。
接下來輪到節點7,如果節點7大於它左右孩子中最小的一個,則節點7下沉。
節點7繼續比較,繼續下沉。
這樣一來,一顆無序的完全二叉樹就構建成了一個最小堆。
堆的代碼實現
在擼代碼之前,我們還需要明確一點:
二叉堆雖然是一顆完全二叉樹,但它的存儲方式並不是鏈式存儲,而是順序存儲。換句話說,二叉堆的所有節點都存儲在數組當中。
數組中,在沒有左右指針的情況下,如何定位到一個父節點的左孩子和右孩子呢?
像圖中那樣,我們可以依靠數組下標來計算。
假設父節點的下標是parent,那麼它的左孩子下標就是 2*parent+1;它的右孩子下標就是 2*parent+2 。
比如上面例子中,節點6包含9和10兩個孩子,節點6在數組中的下標是3,節點9在數組中的下標是7,節點10在數組中的下標是8。
7 = 3*2+1
8 = 3*2+2
剛好符合規律。
有了這個前提,下面的代碼就更好理解了:
代碼中有一個優化的點,就是父節點和孩子節點做連續交換時,並不一定要真的交換,只需要先把交換一方的值存入temp變量,做單向覆蓋,循環結束後,再把temp的值存入交換後的最終位置。
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