Java实现堆

news2024/9/24 13:23:27

堆是一种基于完全二叉树的数据结构,它分为大根堆和小根堆。在大根堆中,每个节点的值都大于或等于其子节点的值;而在小根堆中,每个节点的值都小于或等于其子节点的值。

在Java中,我们可以使用数组来表示堆。由于完全二叉树的性质,我们可以将堆的节点按照从上到下、从左到右的顺序对应到数组中。假设堆的根节点在数组中的下标为0,则其左孩子的下标为2i+1,右孩子的下标为2i+2,父节点的下标为(i-1)/2。

以下是使用Java实现堆的代码:

public class Heap {
    private int[] heap;   // 堆
    private int size;     // 堆的大小

    public Heap(int[] heap) {
        this.heap = heap;
        this.size = heap.length;
        buildHeap();
    }

    // 堆排序
    public void sort() {
        while (size > 1) {
            swap(0, size - 1);
            size--;
            heapify(0);
        }
    }

    // 构建堆
    private void buildHeap() {
        for (int i = (size - 2) / 2; i >= 0; i--) {
            heapify(i);
        }
    }

    // 堆化
    private void heapify(int i) {
        int left = 2 * i + 1;
        int right = 2 * i + 2;
        int max = i;
        if (left < size && heap[left] > heap[max]) {
            max = left;
        }
        if (right < size && heap[right] > heap[max]) {
            max = right;
        }
        if (max != i) {
            swap(i, max);
            heapify(max);
        }
    }

    // 交换元素
    private void swap(int i, int j) {
        int temp = heap[i];
        heap[i] = heap[j];
        heap[j] = temp;
    }
}

上述代码实现了一个最大堆,堆的大小为数组的长度。堆排序的思路与普通的堆排序一致,先建立堆,然后每次将堆顶元素与堆底元素交换,缩小堆的大小,并重新堆化。

对于一个包含n个元素的数组,建立堆的时间复杂度为O(n),堆排序的时间复杂度为O(nlogn)。由于堆排序的空间复杂度为O(1),因此它是一种原地排序算法。

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