最大堆

Posted 2021-02-20 laydown

/**
 * 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。
 * 将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆
 */
public class MaxHeap {

    public static class MyMaxHeap {

        public int[] heap;

        public final int limit;

        public int heapSize;

        public MyMaxHeap(int limit) {
            this.heap = new int[limit];
            this.limit = limit;
        }

        /**
         * 往最大堆中添加一个元素
         *
         * @param value 元素
         */
        public void push(int value) {
            if (isFull()) {
                System.out.println("the heap is full");
                return;
            }
            heap[heapSize] = value;
            heapInsert(heapSize++);
        }

        /**
         * 往堆中添加一个元素，同时必须是最大堆
         *
         * @param index 新添加的元素的位置
         */
        public void heapInsert(int index) {
            int pIndex = 0;
            // 此处 ((index - 1) / 2) 和 ((index - 1) >> 1) 计算结果是不一样的，当index=0，前者是0，后者是-1
            while (heap[index] > heap[pIndex = ((index - 1) / 2)]) {
                swap(heap, index, pIndex);
                index = pIndex;
            }
        }

        /**
         * 弹出堆中的最大值，同时把该值从堆中移除掉
         *
         * @return 最大值
         */
        public int pop() {
            if (isEmpty()) {
                System.out.println("the heap is empty");
                return 0;
            }
            int max = heap[0];
            swap(heap, 0, --heapSize);
            heapify(heap, 0, heapSize);
            return max;
        }

        /**
         * 修改了一个元素之后，保持最大堆
         *
         * @param arr      堆
         * @param index    修改的元素位置
         * @param heapSize 堆大小
         */
        public void heapify(int[] arr, int index, int heapSize) {
            int left = (index << 1) + 1;
            while (left < heapSize) {
                int largest = left + 1 < heapSize && arr[left + 1] > arr[left] ? left + 1 : left;
                if (arr[index] >= arr[largest]) {
                    break;
                }
                swap(arr, index, largest);
                index = largest;
                left = (index << 1) + 1;
            }
        }

        public boolean isFull() {
            return heapSize == limit;
        }

        public boolean isEmpty() {
            return heapSize == 0;
        }

    }

    /**
     * 交换数组两个元素的位置
     *
     * @param arr 数组
     * @param i   位置
     * @param j   位置
     */
    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        // 同一个位置交换无意义，并且用异或交换会有问题
        if (i == j) {
            return;
        }
        // 交换
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[j] = arr[i] ^ arr[j];
        arr[i] = arr[i] ^ arr[j];
    }

}

/* 如有错误，欢迎批评指正 */