堆（Heap）详解——Java实现

/** * Created by XuTao on 2018/11/5 22:10 * ···最小堆··· * 《注意： 实际上并不需要用节点来真正构造一颗树，我们只是在数组中操作排序，调整好的数组就是一个堆的层遍历结果》 * * 插入： * 也是插入末尾，然后调整，调整也应该是一个连续向上的过程，建树就是一个连续插入的过程 * * 删除最小： * 即删除root： * 用末尾一个代替root，删除末尾，然后siftDown，如果子节点有更小的，每次只需要找到最小的子节点，然后交换即可。 * * siftDown: * 如果建树得以保证，那么如果子节点有更小的，每次只需要找到最小的子节点，然后交换即可。 * 如果是一个乱的树，那么就要考虑，比较麻烦， 解决方式： * i 从 最后一个节点的父节点出开始迭代，直到i = 0; * 每次检查时，将大的节点交换到末尾——就是要到底，如果大，就要成为叶节点，不是只交换一次（用循环） * * 那么就有两种构建方法： * 1.乱序构建，调整（ 一个一个添加（从数组中），添加到最后一个，树的最右最下方的那个，然后siftUp,从下往上调整就可以了 ，O（log2（n））） * 2.一次一节点，依次调整 * * 
 * 思考题： 设计算法检查一个完全二叉树是不是堆，是的话是最大堆还是最小堆。 * 思路：元素1个，同为最大最小堆 * 元素>1个： * 判断第一二个大小 * 第一个大： 可能为最大堆，然后递归校验，如果每一个节点都比子节点大，那么是最大堆，否则不是堆 * 第二个大： 可能为最小堆，然后递归校验，如果每一个节点都比子节点小，那么是最小堆，否则不是堆 * 
 * *时间复杂度分析： * 建树：两种方式都是 O(nlog2(n)) * 插入： O(log2(n)) * 删除： O(log2(n)) */


public class Heap { private int[] data; private final int maxSize = 128;  //预设大小，足够就行
    private int heapSize; //实际大小

    public Heap(int[] input) { data = new int[maxSize]; heapSize = input.length; for (int i = 0; i //这个地方其实并不好，只是将传入的数组读入我的数组中，一方有不断插入操作，如果没有插入操作则不必要；
            data[i] = input[i]; } } public void build_1() { /** * 建树方法1： * 每次插入一个节点 */
        int a = heapSize; heapSize = 0; for (int i = 0; i ) { insert(data[i]); } } public void build_2() { /** * 建树方法2： * 以原来的乱序进行调整：siftDown */
        if (heapSize <= 1) return; for (int i = getParent(heapSize - 1); i >= 0; i--) {  // 从末元素的父节点开始，一次一次进行siftDown
 siftDown(i); } } /** * 由上而下调整， sift——筛 * @param start */
    public void siftDown(int start) { //start至少1子，不用担心溢出问题
        while (getLeft(start) //注意，这里必须是小于，不能等于，如果该节点的左节点是末尾节点则结束，条件是getLeft(start)==heapSize-1
            int min = 0;//判别有没有发生交换的条件 //无右子
            if (getRight(start) >= heapSize) { if (data[start] > data[getLeft(start)]) { min = getLeft(start); swap(start, min); } } //2子
            else { min = data[getLeft(start)] > data[getRight(start)] ? getRight(start) : getLeft(start); if (data[start] > data[min]) { swap(start, min); } } if (min == 0) break;//满足堆条件，退出
            start = min; //不满足堆条件，还可以调整，继续循环
 } } /** * 由下而上调整 * @param start 开始的下标 */
    public void siftUp(int start) { if (start <= 0) return; while (data[start] //一直发生交换，直到满足条件
 swap(start, getParent(start)); start = getParent(start); if (start <= 0) break;// root
 } } public void insert(int a) { /** * 插入的话会使数组长度加一，比较麻烦，于是我建立一个比较大的树，用一个较大的量maxSize来限定堆的最大容量，用heapSize来声明实际的容量 */ data[heapSize] = a; siftUp(heapSize); heapSize++; } public int getLeft(int i) { return 2 * i + 1; } public int getRight(int i) { return 2 * i + 2; } public int getParent(int i) { if (i == 0) return -1; return (i - 1) >> 1;  //除以2
 } public void swap(int i, int j) { int temp = data[i]; data[i] = data[j]; data[j] = temp; } public void display() { for (int i = 0; i ) { System.out.print(data[i] + "  "); } System.out.println(); } public static void main(String[] args) { int[] a = new int[]{8, 12, 2, 5, 3, 7, -1, 44, 23}; Heap heap = new Heap(a); heap.display(); // heap.build_1();
 heap.build_2(); heap.insert(-4); heap.display(); } }