Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用


Posted in Java/Android onApril 02, 2022

一、堆的创建

1、向下调整(以小堆为例)  

让parent标记需要调整的节点,child标记parent的左孩子(注意:parent如果有孩子一定先是有左孩子)

如果parent的左孩子存在,即:child < size, 进行以下操作,直到parent的左孩子不存在:

  • parent右孩子是否存在,存在找到左右孩子中最小的孩子,让child进行标记
  • 将parent与较小的孩子child比较,如果:

parent小于较小的孩子child,调整结束否则:交换parent与较小的孩子child,交换完成之后,parent中大的元素向下移动,可能导致子树不满足堆的性质,因此需要继续向下调整,即parent = child;child = parent*2+1; 然后继续2。

public void shiftDown(int[] elem,int parent,int len){
        int cur=parent*2+1;
        while(cur<len){
           if(cur+1<len){
               if(elem[cur+1]<elem[cur]){
                   cur++;
               }
           }
            if(this.elem[cur]<this.elem[parent]) {
                swap(cur, parent);
            }
            parent=cur;
            cur=parent*2+1;
        }
    }

2、创建堆

对于普通序列,我们需要从它的第一个有左节点的父节点开始调整,知道整棵树满足堆的性质。

Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用

3、创建堆的时间复杂度

堆必须是完全二叉树,满二叉树也是完全二叉树。由下面的计算,创建堆的时间复杂度为O(n).

Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用

 二、堆的插入和删除

1、堆的插入

  • 将要插入的元素放在堆的最后,如果放不了,进行扩容
  • 将新插入的节点向上调整,直到满足堆的性质

Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用

 【向上调整】

public void shiftUp(int elem[],int child){
        int parent=(child-1)/2;
        while(parent>=0){
            if(elem[child]>elem[parent]){
                swap(child,parent);
                child=parent;
                parent=(child-1)/2;
            }else{
                break;
            }
        }
    }

2、堆的删除

根据堆的性质,对删除的一定是堆顶元素。步骤如下:

  • 将堆顶元素和最后一个元素交换
  • 堆的元素个数减一
  • 对堆顶元素进行向下调整

Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用

 三、堆的应用

1、堆排序

升序:创建大根堆

降序:创建小根堆

交换堆顶元素和堆得最后一个元素,进行向下调整,直到堆有序。

Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用

2、top-k问题 【求最小的K个数

top-k问题:求数据集合中前k个大或者小的元素,一般数据量都比较大。

Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用

class Solution {
    public int[] smallestK(int[] arr, int k) {
        int[] array=new int[k];
        if(arr==null||arr.length<=k||k==0){
            return array;
        }
        PriorityQueue<Integer> queue=new PriorityQueue<>((a,b)->b-a);
        int i=0;
        for(;i<k;++i){
            queue.offer(arr[i]);
        }
        while(i<arr.length){
            if(arr[i]<queue.peek()){
                queue.poll();
                queue.offer(arr[i]);
            }
            i++;
        }
        int size=queue.size();
        for(int j=0;j<size;++j){
            array[j]=queue.poll();
        }
        return array;
    }
}

四、常用接口的介绍

1、PriorityQueue的特性

Java集合框架中提供了PriorityQueue和PriorityBlockingQueue两种类型的优先级队列。PriorityQueue是线程不安全的,PriorityBlockingQueue是线程安全的,本文主要介绍PriorityQueue。

【PriorityQueue】使用的注意事项:

  • 必须导入PeioriryQueue的包;
  • 放置的元素必须是能够比较大小的,否则会抛出ClassCastException异常;
  • 不能放置null元素,否则会抛出NullPointerException;
  • 可以插入任意多的元素,内部会自动扩容;
  • 底层使用了堆数据结构,默认是小堆。如果要构建大堆,则需要提供比较器。

PriorityQueue的扩容方式:

  • 如果容量小于64时,是按照oldCapacity的2倍方式扩容的
  • 如果容量大于等于64,是按照oldCapacity的1.5倍方式扩容的
  • 如果容量超过MAX_ARRAY_SIZE,按照MAX_ARRAY_SIZE来进行扩容

int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ?

                      (oldCapacity + 2) : 

                   (oldCapacity >> 1));

PriorityQueue采用了:Comparble和Comparator两种方式。

1. Comparble是默认的内部比较方式,如果用户插入自定义类型对象时,该类对象必须要实现Comparble接口,并覆写compareTo方法

2. 用户也可以选择使用比较器对象,如果用户插入自定义类型对象时,必须要提供一个比较器类,让该类实现Comparator接口并覆写compare方法

// 用户自己定义的比较器:直接实现Comparator接口,然后重写该接口中的compare方法即可
class IntCmp implements Comparator<Integer>{
   @Override
   public int compare(Integer o1, Integer o2) {
      return o2-o1;
   }
}
PriorityQueue<Integer> p = new PriorityQueue<>(new IntCmp());

2、优先级队列的构造

构造器 功能介绍
PriorityQueue() 创建一个空的优先级队列,默认容量是11
PriorityQueue(int
initialCapacity)
创建一个初始容量为initialCapacity的优先级队列,注意:
initialCapacity不能小于1,否则会抛IllegalArgumentException异
PriorityQueue(Collection<?
extends E> c)
用一个集合来创建优先级队列

到此这篇关于Java 超详细讲解数据结构中的堆的应用的文章就介绍到这了,更多相关Java 堆的应用内容请搜索三水点靠木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三水点靠木!

Java/Android 相关文章推荐
详解SpringBoot异常处理流程及原理
Jun 21 Java/Android
分析JVM源码之Thread.interrupt系统级别线程打断
Jun 29 Java/Android
分析ZooKeeper分布式锁的实现
Jun 30 Java/Android
gateway网关接口请求的校验方式
Jul 15 Java/Android
解决Jenkins集成SonarQube遇到的报错问题
Jul 15 Java/Android
java如何实现socket连接方法封装
Sep 25 Java/Android
JAVA API 实用类 String详解
Oct 05 Java/Android
关于EntityWrapper的in用法
Mar 22 Java/Android
Spring事务管理下synchronized锁失效问题的解决方法
Mar 31 Java/Android
springboot集成redis存对象乱码的问题及解决
Jun 16 Java/Android
详解Spring Security如何在权限中使用通配符
Jun 28 Java/Android
向Spring IOC 容器动态注册bean实现方式
Jul 15 Java/Android
Java 数据结构七大排序使用分析
Java基础——Map集合
Apr 01 #Java/Android
Android基于Fresco实现圆角和圆形图片
Apr 01 #Java/Android
Android自定义scrollview实现回弹效果
Apr 01 #Java/Android
Android自定义ScrollView实现阻尼回弹
Java实战之课程信息管理系统的实现
Android超详细讲解组件ScrollView的使用
You might like
各种咖啡的英文名子是什么
2021/03/03 新手入门
使用php+xslt在windows平台上
2006/10/09 PHP
php 进度条实现代码
2009/03/10 PHP
PHP缓存机制Output Control详解
2014/07/14 PHP
php多任务程序实例解析
2014/07/19 PHP
PHP中strcmp()和strcasecmp()函数字符串比较用法分析
2016/01/07 PHP
详谈php静态方法及普通方法的区别
2016/10/04 PHP
PHP编程获取各个时间段具体时间的方法
2017/05/26 PHP
jQuery实现点击后高亮背景固定显示的菜单效果【附demo源码下载】
2016/09/21 Javascript
浅谈Javascript中的函数、this以及原型
2016/10/09 Javascript
javascript self对象使用详解
2016/10/18 Javascript
详解JavaScript调用栈、尾递归和手动优化
2017/06/03 Javascript
js判断传入时间和当前时间大小实例(超简单)
2018/01/11 Javascript
详解ES6 Symbol 的用途
2018/10/14 Javascript
35个最好用的Vue开源库(史上最全)
2019/01/03 Javascript
详解vue在项目中使用百度地图
2019/03/26 Javascript
layui使用label标签的方法
2019/09/14 Javascript
vue.js 解决v-model让select默认选中不生效的问题
2020/07/28 Javascript
openlayers 3实现车辆轨迹回放
2020/09/24 Javascript
python选择排序算法的实现代码
2013/11/21 Python
基于python的ini配置文件操作工具类
2019/04/24 Python
Python 获取ftp服务器文件时间的方法
2019/07/02 Python
在django view中给form传入参数的例子
2019/07/19 Python
python实现批量修改服务器密码的方法
2019/08/13 Python
使用OpenCV实现仿射变换—旋转功能
2019/08/29 Python
基于python cut和qcut的用法及区别详解
2019/11/22 Python
使用canvas绘制超炫时钟
2014/12/17 HTML / CSS
香港现代设计家具品牌:Ziinlife Furniture
2018/11/13 全球购物
劳资专员岗位职责
2013/12/27 职场文书
求职自荐信怎么写
2014/03/06 职场文书
社区交通安全实施方案
2014/03/22 职场文书
英语自我介绍演讲稿
2014/09/01 职场文书
2014年施工员工作总结
2014/11/18 职场文书
2016年社区文体活动总结
2016/04/06 职场文书
2019个人工作自我评价范文(3篇)
2019/09/19 职场文书
解决MySQL Varchar 类型尾部空格的问题
2022/04/06 MySQL