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！

赞 (0)

相关推荐

  • Java语言实现二叉堆的打印代码分享

    Java语言实现二叉堆的打印代码分享

    二叉堆是一种特殊的堆,二叉堆是完全二元树(二叉树)或者是近似完全二元树(二叉树).二叉堆有两种:最大堆和最小堆.最大堆:父结点的键值总是大于或等于任何一个子节点的键值:最小堆:父结点的键值总是小于或等于任何一个子节点的键值. 打印二叉堆:利用层级关系 我这里是先将堆排序,然后在sort里执行了打印堆的方法printAsTree() public class MaxHeap<T extends Comparable<? super T>> { private T[] data; pr

  • java编程实现优先队列的二叉堆代码分享

    这里主要介绍的是优先队列的二叉堆Java实现,代码如下: package practice; import edu.princeton.cs.algs4.StdRandom; public class TestMain { public static void main(String[] args) { int[] a = new int[20]; for (int i = 0; i < a.length; i++) { int temp = (int)(StdRandom.random()*1

  • Java实现二叉堆、大顶堆和小顶堆

    Java实现二叉堆、大顶堆和小顶堆

    目录 什么是二叉堆 什么是大顶堆.小顶堆 建堆 程序实现 建立大顶堆 逻辑过程 程序实现 建立小顶堆 逻辑过程 程序实现 从堆顶取数据并重构大小顶堆 什么是二叉堆 二叉堆就是完全二叉树,或者是靠近完全二叉树结构的二叉树.在二叉树建树时采取前序建树就是建立的完全二叉树.也就是二叉堆.所以二叉堆的建堆过程理论上讲和前序建树一样. 什么是大顶堆.小顶堆 二叉堆本质上是一棵近完全的二叉树,那么大顶堆和小顶堆必然也是满足这个结构要求的.在此之上,大顶堆要求对于一个节点来说,它的左右节点都比它小:小顶堆要求

  • Java 数据结构与算法系列精讲之二叉堆

    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

  • Java 数据结构与算法系列精讲之贪心算法

    Java 数据结构与算法系列精讲之贪心算法

    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. 贪心算法 贪心算法 (Greedy Algorithm) 指的是在每一步选择中都采取在当前状态下最好或最优的选择, 从而希望导致结果是最好或最优的算法. 贪心算法锁得到的结果不一定是最优的结果, 但是都是相对近似最优的结果. 贪心算法的优缺点: 优点: 贪心算法的代码十分简单 缺点: 很难确定一个问题是否可以用贪心算法解决 电台覆盖问题 假设存在以下的广播台, 以及广播台可以覆盖的地区: 广播台 覆盖地区 K1 北京

  • Java 数据结构与算法系列精讲之排序算法

    Java 数据结构与算法系列精讲之排序算法

    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. 冒泡排序 冒泡排序 (Bubble Sort) 是一种简单的排序算法. 它重复地遍历要排序的数列, 一次比较两个元素, 如果他们的顺序错误就把他们交换过来. 遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换, 也就是说该数列已经排序完成. 这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢 "浮" 到数列的顶端. 冒泡排序流程: 通过比较相邻的元素, 判断两个元素位置是否需要互换 进行 n-1 次比较,

  • Java 数据结构与算法系列精讲之KMP算法

    Java 数据结构与算法系列精讲之KMP算法

    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. KMP 算法 KMP (Knuth-Morris-Pratt), 是一种改进的字符串匹配算法. KMP 算法解决了暴力匹配需要高频回退的问题, KMP 算法在匹配上若干字符后, 字符串位置不需要回退, 从而大大提高效率. 如图: 举个例子 (字符串 "abcabcdef" 匹配字符串 "abcdef"): 次数 暴力匹配 KMP 算法 说明 1 abcabcdef abcdef

  • Java 数据结构与算法系列精讲之字符串暴力匹配

    Java 数据结构与算法系列精讲之字符串暴力匹配

    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. 字符串匹配 字符串匹配 (String Matching) 指的是判断一个字符串是否包含另一个字符串. 举个例子: 字符串 "Hello World" 包含字符串 "Hello" 字符串 "Hello World" 不包含字符串 "LaLaLa" 暴力匹配 暴力匹配 (Brute-Force) 的思路: 如果charArray1[i] ==

  • Java 数据结构与算法系列精讲之单向链表

    Java 数据结构与算法系列精讲之单向链表

    目录 概述 链表 单向链表 单向链表实现 Node类 add方法 remove方法 get方法 set方法 contain方法 main 完整代码 概述 从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章. 链表 链表 (Linked List) 是一种递归的动态数据结构. 链表以线性表的形式, 在每一个节点存放下一个节点的指针. 链表解决了数组需要先知道数据大小的缺点, 增加了节点的指针域, 空间开销较大. 链表包括三类: 单向链表 双向链表 循环链表 单向链表 单向链表

  • Java 数据结构与算法系列精讲之环形链表

    Java 数据结构与算法系列精讲之环形链表

    目录 概述 链表 环形链表 环形链表实现 Node类 insert方法 remove方法 main 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. 链表 链表 (Linked List) 是一种递归的动态数据结构. 链表以线性表的形式, 在每一个节点存放下一个节点的指针. 链表解决了数组需要先知道数据大小的缺点, 增加了节点的指针域, 空间开销较大. 链表包括三类: 单向链表 双向链表 循环链表 环形链表 环形链表 (Circular Linked Li

  • Java 数据结构与算法系列精讲之栈

    Java 数据结构与算法系列精讲之栈

    目录 概述 栈 栈实现 push方法 pop方法 main 完整代码 概述 从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章. 栈 栈 (Stack) 是一种运算受限的线性表, 遵循先进后出的原则 (Last-In-First-Out). 举个例子, 当我们灌调料的时候, 后灌进去的调料会先被使用. 栈只能在表尾部进行插入和删除的操作. 开口的一端被称为栈顶, 另一端则被称为栈底. 如图: 栈实现 push 方法 栈 (Stack) 的 push 方法, 把项压入栈顶部.

  • Java 数据结构与算法系列精讲之数组

    Java 数据结构与算法系列精讲之数组

    目录 概述 数组 声明数组的两个方法 创建数组的两个方法 索引 自定义数组 泛型 构造函数 元素操作 调用 完整代码 概述 从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章. 数组 数组 (Array) 是有序数据的集合, 在 Java 中 java.util.Arrays包含用来操作数组的各种方法, 比如排序和搜索等. 其所有方法均为静态方法, 调用起来非常简单. 声明数组的两个方法 方法一: 数据类型[] array; 方法二: 数据类型 array[]; 创建数组的两

  • Java 数据结构与算法系列精讲之时间复杂度与空间复杂度

    Java 数据结构与算法系列精讲之时间复杂度与空间复杂度

    目录 概述 算法的衡量标准 时间复杂度 最优时间复杂度 平均时间复杂度 最坏时间复杂度 O(1) O(n) O(n^2) O(logN) 空间复杂度 O(1) O(n) 概述 从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章. 算法的衡量标准 当我们需要衡量一个算法的的优越性, 通常会使用时间复杂度 (Time Complexity) 和空间复杂度 (Space Complexity) 来衡量. 时间复杂度 时间复杂度 (Time Complexity) 通常用 O(n)

随机推荐