【JAVA】堆实现

二叉堆的实现

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特性

• 结构性：
  堆是一颗完全二叉树( complete binary tree )：一棵完全被填满的树，低层上的元素从左到右填入
• 堆序性
  (以最小堆为例)最小堆的最小元在根上，并且每个子堆也都满足父节点不大于子节点

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基本的堆操作

• insert（插入）

  1. 在下一个可用位置添加一个空穴
  2. 将该空穴与其父元素比较，若
     a. 空穴<父元素，交换两者位置，继续 2 操作
     b. 空穴>=父元素，停止，将空穴赋值为带插入元素

上述操作称作上滤 ( percolate up )

• deleteMin（删除最小元）
  
  1. 在根节点建立空穴
  2. 将改空穴与其子元素比较，若
     a. 空穴<=子元素，停止，将空穴赋值为结尾元素
     b. 空穴>子元素，交换两者位置，继续2操作

需要注意的是，在选取子元素的时候，需要判断是否有左右节点，并选取两个子节点中较小的那个。上述操作称作下滤(percolate down)

• buildHeap（构建堆）
  
  1. 新建一个array
  2. copy元素
  3. 对于currentSize / 2 ~ 1 的每个元素进行下滤
  4. 完成堆构建

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代码实现：

package dataStructures;

import java.util.ArrayList;

/*
 *  The Min Heap is built on an array. 
 *  Elements are stored from 1 to currentsize.
 */

public class BinaryHeap<E extends Comparable<? super E>> {
    public BinaryHeap() {
        this(DEFAULT_CAPACITY);
    }
    public BinaryHeap(int capacity) {
        currentSize = 0;
        array = (E[])new Comparable[capacity];
    }
    public BinaryHeap(E[] items) {
        currentSize = items.length;
        array = (E[])new Comparable[(currentSize + 2) * 11 / 10];

        int i = 1;
        for(E item: items)
            array[i++] = item;
        buildHeap();
    }

    public void insert(E x) {
        if(currentSize == array.length - 1)
            enLargeArray(array.length * 2 + 1);

        int hole = ++currentSize;
        for(; hole > 0 && array[hole].compareTo(array[hole / 2]) < 0; hole /= 2)
            array[hole] = array[hole / 2];
        array[hole] = x;
    }
    public E findMin() {
        return array[1];
    }
    public E deleteMin() {
        if (isEmpty()) {

        }

        E minItem = findMin();
        array[1] = array[currentSize--];
        percolateDown(1);

        return minItem;
    }
    public boolean isEmpty() {
        return currentSize==0 ? true : false;
    }
    public void makeEmpty() {

    }

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    private int currentSize;
    private E[] array;

    private void percolateDown(int hole) {
        int child;
        E tmp = array[hole];

        for(; hole * 2 <= currentSize; hole = child) {
            child = hole * 2;
            if (child != currentSize && array[child].compareTo(array[child + 1]) > 0) {
                child++;
            }
            if (array[hole].compareTo(array[child]) > 0) {
                array[hole] = array[child];
            } else {
                break;
            }
        }
    }
    private void buildHeap() {
        for(int i = currentSize / 2; i > 0; i--) {
            percolateDown(i);
        }
    }
    private void enLargeArray(int newSize) {
        ArrayList<E> newArray = new ArrayList<E>(newSize);
        for(int i = 0; i < currentSize; i++)
            newArray.add(array[i]);
        array = (E[]) newArray.toArray();
    }
}

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