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Java堆数据结构的应用场景有哪些?

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

本文目录

    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

    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堆数据结构的应用场景有哪些?

    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堆数据结构的应用场景有哪些?

     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堆数据结构的应用场景有哪些?

     【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堆数据结构的应用场景有哪些?

     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堆数据结构的应用场景有哪些?

    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堆数据结构的应用场景有哪些?

    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 queue=new PriorityQueue<>((a,b)->b-a);
            int i=0;
            for(;i

    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{
       @Override
       public int compare(Integer o1, Integer o2) {
          return o2-o1;
       }
    }
    PriorityQueue 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
    常
    PriorityQueue(Collectionextends E> c)用一个集合来创建优先级队列
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