什麼是二叉堆?
二叉堆本質上是一種完全的二叉樹,它分爲兩個類型。
1.最大堆
2.最小堆
什麼是最大堆?最大堆的任何一個父節點的值,都大於或等於它左、右孩子節點的值。
什麼是最小堆?最小堆的任何一個父節點的值,都小於或等於它左、右孩子節點的值。
二叉堆的根節點叫做堆頂。
最大堆和最小堆的特點決定了:最大堆的堆頂是整個堆中的最大元素;最小堆的堆頂是整個堆中的最小元素。
二叉堆 常見如下幾種操作:
1.插入節點
2.刪除節點
3.構建二叉堆
這幾種操作都基於堆的自我調整。所謂堆的自我調整,就是把一個不符合堆性質的完全二叉樹,調整成一個堆。
下面讓我們以最小堆爲例子,看一看二叉堆是如何進行自我調整的。
當二叉堆插入節點時,插入位置是完全二叉樹的最後一個位置。例如插入一個新節點,值是0.
這時候,新節點的父節點5比0大,顯然不符合最小堆的性質。於是讓新節點“上浮” ,和父節點交換位置
繼續用節點0和父節點3做比較,因爲0小於3,則讓新節點繼續“上浮”。
繼續比較,最終新節點0“上浮”到堆頂位置。
2.刪除節點
刪除節點的過程和插入節點的過程正好相反,所刪除的是處於堆頂的節點。例如刪除最小堆的堆頂節點1.
圓圈的大小不影響哈,畫圖工具的問題,沒有自己調整。
這時爲了維持完全二叉樹的結構,我們把堆的最後一個節點10臨時補到原本堆頂的位置。
接下來,讓暫時處於堆頂的節點10和它的左、右孩子進行比較,如果左、右孩子節點中最小的一個(顯然是節點2)比
節點10小,那麼讓節點10“下沉”。
繼續讓節點10和它的左右孩子做比較,左、右孩子中最小的是節點7,由於10大於7,節點10繼續“下沉”。【注意,這塊要選較小的孩子進行替換】
最終得到結果;
3構建二叉堆
構建二叉堆,也就是把一個無序的完全二叉樹調整爲二叉堆,本質就是讓所有非葉子節點依次“下沉”。
下面舉一個無序完全二叉樹的例子,如下圖所示:
首先,從最後一個非葉子節點開始,也就是從節點10開始。
如果節點10大於它左、右孩子節點中最小的一個,則節點10“下沉”。
接下來輪到節點3,如果節點3大於它左右孩子節點中最小的一個,則節點3‘’下沉‘’。
然後輪到節點1,如果節點1大於它的左,右孩子節點中最小的一個,則節點1“下沉”。事實上節點1小於它的左、右孩子,所以不用改變。
接下來輪到節點7,如果節點大於它左、右孩子節點中的最小一個,則節點“下沉”。
節點7繼續比較,繼續“下沉”。
經過上述幾輪的比較和下沉操作,最終每一個節點都小於它的左、右孩子節點,一個無序的完全二叉樹就被構建成了一個最小堆。
注意:
二叉堆雖然是一個完全二叉樹,但它的存儲方式並不是鏈式存儲,而是順序存儲。換句話說,二叉堆的所有節點都存儲在數組中。
對應數組中 如下:
在數組中,在沒有左,右指針的情況下,如何定位一個父節點的左孩子和右孩子呢?
像上圖那樣,可以依靠數組下標來計算。
假設父節點的小標是parent ,那麼它的左孩子的下標就是 2* parent+1,右孩子的下標就是2*parent+2.
二叉堆最常用的應用場景
優先隊列
優先隊列首先是隊列,優先隊列分爲最大優先隊列,和最小優先隊列。