20172311《程序设计与数据结构》第九周学习总结

Posted 2021-01-21 zhaoxiaohai

20172311《程序设计与数据结构》第九周学习总结

教材学习内容总结

第十五章 图

• 堆（heap）就是具有两个附加属性的一颗二叉树

  1.它是一颗完全树
  2.对每一个节点，它小于等于或者大于等于其左孩子和右孩子

• HeapADT的UML描述
  

• addElement方法将给定的Comparable元素添加到堆中的恰当位置处，且维持该堆的完全性属性和有序属性
• 因为一个堆就是一颗完全树，所以对于插入的新节点而言，只存在一个正确的位置，且它要么是h层左边的下一个空位置，要么是h+1层左边的第一个位置（如果h层是满的话）

• 堆的插入和重排序过程（以小顶堆为例）
  

• 通常，在堆实现中，我们会对树中的最末一个节点，或更为准确的是，最末一片叶子节点进行跟踪记录

• 堆的删除和重排序过程（以小顶堆为例）
  

• 优先级队列就是遵循两个排序规则的集合。首先，具有更高优先级的项目在先。第二，具有相同优先级的项目使用先进先出方法来确定其排序
• 可以使用一个小顶堆来实现一个优先级队列，按照优先级对堆排序完成了第一次排序（高优先级的在先），同时对具有相同优先级项目的先进先出排序进行操纵
• 虽然最小堆根本就不是一个队列，但它却提供了一个高效的优先级队列实现
• 用链表实现堆时，因为我们要求在插入元素后能够向上遍历该树，所以堆中结点必须存储指向其双亲的指针
  

• 堆排序由两部分构成：添加列表的每一个元素，然后一次删除一个元素

教材学习中的问题和解决过程

• 问题：堆、栈、堆栈之间有何联系和区别
• 问题解决方案：

1.堆：什么是堆？又该怎么理解呢？

①堆通常是一个可以被看做一棵树的数组对象。堆总是满足下列性质：

·堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值；

·堆总是一棵完全二叉树。

②堆是在程序运行时，而不是在程序编译时，申请某个大小的内存空间。即动态分配内存，对其访问和对一般内存的访问没有区别。

③堆是应用程序在运行的时候请求操作系统分配给自己内存，一般是申请/给予的过程。

④堆是指程序运行时申请的动态内存，而栈只是指一种使用堆的方法(即先进后出)。

2.栈：什么是栈？又该怎么理解呢？

①栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。

②栈就是一个桶，后放进去的先拿出来，它下面本来有的东西要等它出来之后才能出来（先进后出）

③栈(Stack)是操作系统在建立某个进程时或者线程（在支持多线程的操作系统中是线程）为这个线程建立的存储区域，该区域具有FIFO的特性，在编译的时候可以指定需要的Stack的大小。

3.堆栈：什么是堆栈？又该怎么理解呢？

注意：其实堆栈本身就是栈，只是换了个抽象的名字。

堆栈的特性： 最后一个放入堆栈中的物体总是被最先拿出来， 这个特性通常称为后进先出(LIFO)队列。 堆栈中定义了一些操作。 两个最重要的是PUSH和POP。 PUSH操作在堆栈的顶部加入一 个元素。POP操作相反， 在堆栈顶部移去一个元素， 并将堆栈的大小减一。

4.堆、栈区别总结：

1.堆栈空间分配

①栈（操作系统）：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

②堆（操作系统）： 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式倒是类似于链表。

2.堆栈缓存方式

①栈使用的是一级缓存， 他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。

②堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。

3.堆栈数据结构区别

①堆（数据结构）：堆可以被看成是一棵树，如：堆排序。

②栈（数据结构）：一种先进后出的数据结构。

代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：pp11.9在测试时出现空指针异常，如下：
  

报错的removeMin方法如下：

• 问题1解决方案：通过单步调试发现是removeMin方法有问题，改正的代码及运行结果如下:
  

• 问题2：pp12.1addElement方法一直有问题，如下：
  

• 问题2解决方案：通过仔细查看报错信息认识到是因为这个方法名和方法体与继承的SmallArrayHeap类中的addElement方法完全一样，如下：
  
  对方法名进行略微改动即可，如下：
  

代码托管

上周考试错题总结

• 错题1：
  
• 错题1理解：大脑短路导致做错，compareTo方法返回的是int型

结对及互评

• 本周结对学习情况
  本周主要对优先队列和堆进行了学习，以之前对树的学习为基础，本章内容难度并不大，遇到的问题不多，继续努力吧！
  • 20172307

感想

消除惰性！继续努力！努力！再努力！

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	0/0	1/1	4/4
第二周	464/464	1/2	10/14	理解掌握了用数组和链表实现栈的方法
第三周	494/958	1/3	10/24	理解掌握了用数组和链表实现队列的方法
第四周	1629/2587	2/5	20/44	对用链表和数组实现列表进行了学习
第五周	856/3443	2/7	15/59	较为深入的学习了查找和排序方法的实现
第六周	668/4111	1/8	20/79	学习了链式二叉树的实现
第七周	900/5011	1/9	15/99	对二叉查找树进行了较为深入的学习
第八周	1378/6389	2/10	16/115	较为深入的学习理解了堆

• 计划学习时间:20小时

• 实际学习时间:16小时

• 改进情况：提高学习效率！冲冲冲！

参考资料

• Java软件结构与数据结构(第4版)
• 什么是“堆”,"栈","堆栈","队列",它们的区别？