Java 数据结构与算法系列精讲之二叉堆

目录
  • 概述
  • 优先队列
  • 二叉堆
  • 二叉堆实现
    • 获取索引
    • 添加元素
    • siftUp
  • 完整代码

概述

从今天开始, 小白我将带大家开启 Java 数据结构 & 算法的新篇章.

优先队列

优先队列 (Priority Queue) 和队列一样, 是一种先进先出的数据结构. 优先队列中的每个元素有各自的优先级, 优先级最高的元素最先得到服务. 如图:

二叉堆

二叉堆 (Binary Heap) 是一种特殊的堆, 二叉堆具有堆的性质和二叉树的性质. 二叉堆中的任意一节点的值总是大于等于其孩子节点值. 如图:

二叉堆实现

获取索引

// 获取父节点的索引值
public int parent(int index) {
    if (index <= 0) {
        throw new RuntimeException("Invalid Index");
    }

    return (index - 1) / 2;
}

// 获取左孩子节点索引
public int leftChild(int index) {
    return index * 2 + 1;
}

// 获取右孩子节点索引
public int rightChild(int index) {
    return index * 2 + 2;
}

添加元素

// 添加元素
public void add(E e) {
    data.add(e);
    siftUp(data.size() - 1);
}

siftUp

// siftDown
private void siftDown(int k) {
    while (leftChild(k) < data.size()) {
        int j = leftChild(k);
        if (j + 1 < data.size() && data.get(j + 1).compareTo(data.get(j)) > 0) {
            j++;
        }
        if (data.get(k).compareTo(data.get(j)) >= 0) {
            break;
        }
        Collections.swap(data, k, j);
        k = j;
    }
}

完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class BinaryHeap<E extends Comparable<E>> {

    private ArrayList<E> data;

    // 无参构造
    public BinaryHeap() {
        data = new ArrayList<>();
    }

    // 有参构造
    public BinaryHeap(int capacity) {
        data = new ArrayList<>(capacity);
    }

    // 或者元素个数
    public int size() {
        return data.size();
    }

    // 判断堆是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }

    // 获取父节点的索引值
    public int parent(int index) {
        if (index <= 0) {
            throw new RuntimeException("Invalid Index");
        }

        return (index - 1) / 2;
    }

    // 获取左孩子节点索引
    public int leftChild(int index) {
        return index * 2 + 1;
    }

    // 获取右孩子节点索引
    public int rightChild(int index) {
        return index * 2 + 2;
    }

    // 添加元素
    public void add(E e) {
        data.add(e);
        siftUp(data.size() - 1);
    }

    // siftUp
    private void siftUp(int k) {
        while (k > 0 && data.get(parent(k)).compareTo(data.get(k)) < 0) {
            Collections.swap(data, k, parent(k));
            k = parent(k);
        }

    }

    // siftDown
    private void siftDown(int k) {
        while (leftChild(k) < data.size()) {
            int j = leftChild(k);
            if (j + 1 < data.size() && data.get(j + 1).compareTo(data.get(j)) > 0) {
                j++;
            }
            if (data.get(k).compareTo(data.get(j)) >= 0) {
                break;
            }
            Collections.swap(data, k, j);
            k = j;
        }
    }
}

到此这篇关于Java 数据结构与算法系列精讲之二叉堆的文章就介绍到这了,更多相关Java 二叉堆内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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