1.是一种特殊的二叉树(完全二叉树) 2.通过数组的方式顺序存储 3.对于这个数的任意节点来说,满足根节点大于左右子树的值(大堆),或者任意一节点满足根节点的值小于左右子树的值(小堆)
1.能高效得找出一个集合的最大/最小元素(堆顶元素) 2.能高效得找到前K大/前K小的元素(topk问题)
向下调整 & 向上调整
1.向下调整(以大根堆为例)
时间复杂度:O(logN) (size固定,child每次乘以2)
//按照大堆来实现
//向下调整
//size ☞ array中那部分内容为堆
//index ☞ 从哪个位置开始向下调整
//如果父节点的下标为i,左子树的下标为2*i+1,右子树的下标为2*i+2
//子节点的下标为i,父节点的下标为(i-1)/2
public static void shiftDown(int[] array, int size, int index){
int parent = index;
int child = parent * 2 + 1;
while (child < size){
//里面的条件的含义,是看看parent有没有子节点
//把左右子树中较大的节点
if (child + 1 < size && array[child+1] > array[child]){
child = child+1;
}
//上述完成后,child一定是最大的元素
if (array[child] > array[parent]){
//需要交换
int tmp = array[child];
array[child] = array[parent];
array[parent] = tmp;
}else {
//说明当前位置开始已经符合堆的要求了
break;
}
parent = child;
child = 2*parent+1;
}
}
public static void createHeap(int[] array, int size){
//基于向下调整
//建堆可以基于向下调整和向上调整
//如果是向下调整,就需要从后往前遍历数组
for (int i = (size - 1 - 1)/2; i>= 1; i--){
shiftDown(array,size,i);
}
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {9,5,2,7,3,6,8};
createHeap(array,array.length);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
2.向上调整
//向上调整
//此时size这个参数其实不需要用到,判断是否调整完了只需要和0比较就行了
private int[] array = new int[100];
private int size = 0;
public static void shiftUp(int[] array, int size, int index){
int child = index;
int parent = (child - 1)/2;
while (child > 0){
if (array[parent] < array[child]){
//当前不符合大堆要求
int tmp = array[parent];
array[parent] = array[child];
array[child] = tmp;
}else {
break;
}
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
}
1)添加元素(使用向上调整)
private int[] array = new int[100];
private int size = 0;
public void offer(int x){
//新加的元素放到了数组的最后,把这个新加的节点就弄成child
array[size] = x;
size++;
//把新加入的元素进行向上调整
shiftUp(array,size - 1);
}
public static void shiftUp(int[] array, int index){
int child = index;
int parent = (child - 1)/2;
while (child > 0){
if (array[parent] < array[child]){
//当前不符合大堆要求
int tmp = array[parent];
array[parent] = array[child];
array[child] = tmp;
}else {
break;
}
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
}
2)删除元素(使用向下调整)
public int poll(){
//下标为0的元素就是队首元素,删掉的同时,剩下的队列也是堆
//要删除堆顶元素,直接把数组中的最后一个元素给赋值到堆顶元素
//同时 size-- 就把元素删掉了
int oldValue = array[0];
array[0] = array[size-1];
size--;
shiftDown(array,size,0);
return oldValue;
}
public static void shiftDown(int[] array, int size, int index){
int parent = index;
int child = parent * 2 + 1;
while (child < size){
//里面的条件的含义,是看看parent有没有子节点
//把左右子树中较大的节点
if (child + 1 < size && array[child+1] > array[child]){
child = child+1;
}
//上述完成后,child一定是最大的元素
if (array[child] > array[parent]){
//需要交换
int tmp = array[child];
array[child] = array[parent];
array[parent] = tmp;
}else {
//说明当前位置开始已经符合堆的要求了
break;
}
parent = child;
child = 2*parent+1;
}
}
3)取堆顶元素
public int peek(){
return array[0];
}
import java.util.PriorityQueue;
public class TestPriorityQueue {
//标准库的优先队列(默认为小堆)
public static void main(String[] args) {
PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
queue.offer(9);
queue.offer(5);
queue.offer(2);
queue.offer(7);
queue.offer(3);
queue.offer(6);
while (!queue.isEmpty()){
int cur = queue.poll();
System.out.println(cur);
}
}
}