首页 > Java > java教程 > 正文

Java堆的应用场景和实现方法介绍

PHPz
发布: 2023-04-24 08:28:14
转载
1720人浏览过

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

  • 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。

立即学习Java免费学习笔记(深入)”;

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;
        }
    }
登录后复制

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数据结构中的堆怎么应用

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数据结构中的堆怎么应用

 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数据结构中的堆怎么应用

 【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;
            }
        }
    }
登录后复制

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数据结构中的堆怎么应用

 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数据结构中的堆怎么应用

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数据结构中的堆怎么应用

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;
    }
}
登录后复制

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 > 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());
登录后复制

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

以上就是Java堆的应用场景和实现方法介绍的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

java速学教程(入门到精通)
java速学教程(入门到精通)

java怎么学习?java怎么入门?java在哪学?java怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了java速学教程(入门到精通),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载
来源:亿速云网
本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn
最新问题
开源免费商场系统广告
热门教程
更多>
最新下载
更多>
网站特效
网站源码
网站素材
前端模板
关于我们 免责申明 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送
PHP中文网APP
随时随地碎片化学习
PHP中文网抖音号
发现有趣的

Copyright 2014-2025 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号