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【重学数据结构】堆 Heap - 最小堆最大堆

目录

什么是堆?

堆的数据结构

手写实现堆 

堆接口 

堆实现类包含属性 

 入堆操作

出堆操作

最小堆实现 

最大堆实现

常见问题 

堆的数据结构是什么样? 

堆的数据结构使用场景? 

堆的数据结构实现方式有哪些? 

最小堆和最大堆的区别是什么?


在 Java API 中最常用的是用于实现优先队列的二叉堆,它是由 JWJ Williams 在 1964 年引入的,作为堆排序算法的数据结构。

什么是堆?

堆是基于树的特殊的数据结构,它可以在数组上构建出树的结构体,并满足堆的属性。堆中某个节点的值总是不大于或者不小于父节点的值,并且堆是一棵完全二叉树

堆的数据结构

最小堆:每个父节点的值都小于自己子节点的值 

最大堆:与最小堆的定义正好相反,每个父节点的值都大于自己子节点的值 

手写实现堆 

从对堆的数据结构介绍上可以看到,小堆和大堆的唯一区别仅是对元素的排序方式不同。所以也就是说在存放和获取元素的时候对元素的填充和摘除时,排序方式不同而已。 

堆接口 

public interface IHeap<E> {boolean add(E e);boolean offer(E e);E poll();E peek();
}

堆实现类包含属性 

public class Heap<E> implements IHeap<E>{private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Heap.class);private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;private Object[] queue;private int size;public Heap() {queue = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];}
}

 入堆操作

    @Overridepublic boolean add(E e) {offer(e);return true;}@Overridepublic boolean offer(E e) {if (e == null) {throw new NullPointerException();}int i = size;if (i >= queue.length) {grow(i + 1);}size = i + 1;if (i == 0) {queue[i] = e;} else {siftUp(i, e);}return true;}// 上浮操作private void siftUp(int k, E e) {logger.info("【入队】元素:{} 当前队列:{}", JSON.toJSONString(e), JSON.toJSONString(queue));while (k > 0) {// 获取父节点Idx,相当于除以2int parent = (k - 1) >>> 1;logger.info("【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:{} parent:{}", k, parent);Object parentE = queue[parent];// 如果当前位置元素,大于父节点元素,则退出循环if (compareTo(e, (E) parentE) >= 0) {logger.info("【入队】值比对,父节点:{} 目标节点:{}", JSON.toJSONString(parentE), JSON.toJSONString(e));break;}// 相反父节点位置大于当前位置元素,则进行替换logger.info("【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:{} 存放到位置:{}", JSON.toJSONString(parentE), k);queue[k] = parentE;k = parent;}queue[k] = e;logger.info("【入队】完成 Idx:{} Val:{} \r\n当前队列:{} \r\n", k, JSON.toJSONString(e), JSON.toJSONString(queue));}private void grow(int minCapacity) {int oldCapacity = queue.length;// 小于64时翻倍增长,否则增长50%int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity < 64 ? oldCapacity + 2 : oldCapacity >> 1);// 防止整数溢出,设置最大容量限制if (newCapacity - (Integer.MAX_VALUE - 8) > 0) {newCapacity = (minCapacity > Integer.MAX_VALUE - 8) ? Integer.MAX_VALUE : minCapacity;}queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);}

以入堆元素2举例,如图所示上浮过程。

首先将元素2挂到队列尾部,之后通过 (k - 1) >>> 1 计算父节点位置,与对应元素进行比对和判断交换。

交换过程包括 2->6、2->5,以此交换结束后元素保存完毕。 

出堆操作

@Override
public E poll() {if (size == 0) {return null;}E result = (E) queue[0];int s = --size;E e = (E) queue[s];queue[s] = null;if (s != 0) {siftDown(0, e);}return result;
}
// 下沉操作
private void siftDown(int k, E e) {// 找到非叶子结点的位置(因为只有非叶子节点才有左右子节点)int notLeaf = size >>> 1;while (k < notLeaf) {// 找到左子节点和右子节点,两个节点进行比较,找出最大的值int child = (k << 1) + 1;Object c = queue[child];int right = child + 1;// 左子节点与右子节点比较,取最小的节点if (right < size && compareTo((E) c, (E) queue[right]) > 0) {logger.info("【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:{} right:{}", JSON.toJSONString(c), JSON.toJSONString(queue[right]));c = queue[child = right];}// 目标值与c比较,当目标值小于c值,退出循环。说明此时目标值所在位置适合,迁移完成。if (compareTo(e, (E) c) <= 0) {break;}// 目标值大于c值,位置替换,继续比较logger.info("【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:{},下节点:{} 位置替换", JSON.toJSONString(e), JSON.toJSONString(c));queue[k] = c;k = child;}// 把目标值放到对应位置logger.info("【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:{} Val:{}", k, JSON.toJSONString(e));queue[k] = e;
}@Override
public E peek() {return (size == 0) ? null : (E) queue[0];
}public int compareTo(E firstElement, E secondElement) {throw new RuntimeException("未实现 compareTo 方法");
}

下沉过程画图举例说明 

最小堆实现 

小堆是一个正序比对 

public class MinHeap extends Heap<Integer> {@Overridepublic int compareTo(Integer firstElement, Integer secondElement) {return firstElement.compareTo(secondElement);}}

测试 

public class HeapTest {private static  final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HeapTest.class);public static void main(String[] args) {System.out.println("测试最小堆");MinHeap heap = new MinHeap();// 存入元素heap.add(1);heap.add(3);heap.add(5);heap.add(11);heap.add(4);heap.add(6);heap.add(7);heap.add(12);heap.add(15);heap.add(10);heap.add(9);heap.add(8);// 弹出元素while (heap.peek() != null){logger.info("测试结果:{}", heap.poll());}}
}

测试结果 

测试最小堆
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:3 当前队列:[1,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:1 parent:0
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:1 目标节点:3
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:1 Val:3 
当前队列:[1,3,null,null,null,null,null,null,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:5 当前队列:[1,3,null,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:2 parent:0
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:1 目标节点:5
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:2 Val:5 
当前队列:[1,3,5,null,null,null,null,null,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:11 当前队列:[1,3,5,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:3 parent:1
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:3 目标节点:11
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:3 Val:11 
当前队列:[1,3,5,11,null,null,null,null,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:4 当前队列:[1,3,5,11,null,null,null,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:4 parent:1
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:3 目标节点:4
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:4 Val:4 
当前队列:[1,3,5,11,4,null,null,null,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:6 当前队列:[1,3,5,11,4,null,null,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:5 parent:2
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:5 目标节点:6
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:5 Val:6 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,null,null,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:7 当前队列:[1,3,5,11,4,6,null,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:6 parent:2
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:5 目标节点:7
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:6 Val:7 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,null,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:12 当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,null,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:7 parent:3
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:11 目标节点:12
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:7 Val:12 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,null,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:15 当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,null,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:8 parent:3
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:11 目标节点:15
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:8 Val:15 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,null,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:10 当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,null,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:9 parent:4
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:4 目标节点:10
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:9 Val:10 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,10,null] 10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:9 当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,10,null]
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:10 parent:4
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:4 目标节点:9
10:30:59.242 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:10 Val:9 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,10,9] 10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:8 当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,10,9,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:11 parent:5
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:6 目标节点:8
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:11 Val:8 
当前队列:[1,3,5,11,4,6,7,12,15,10,9,8,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null] 10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:8,下节点:3 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:11 right:4
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:8,下节点:4 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:10 right:9
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:4 Val:8
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:1
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:9,下节点:4 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:11 right:8
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:9,下节点:8 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:4 Val:9
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:3
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:8 right:5
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:10,下节点:5 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:10,下节点:6 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:5 Val:10
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:4
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:8 right:6
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:15,下节点:6 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:10 right:7
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:15,下节点:7 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:6 Val:15
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:5
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:8 right:7
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:12,下节点:7 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:12,下节点:10 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:5 Val:12
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:6
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:15,下节点:8 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:11 right:9
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:15,下节点:9 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:4 Val:15
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:7
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:12,下节点:9 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:12,下节点:11 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:3 Val:12
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:8
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:11 right:10
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:15,下节点:10 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:2 Val:15
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:9
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:12,下节点:11 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:1 Val:12
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:10
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:15,下节点:12 位置替换
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:1 Val:15
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:11
10:30:59.247 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:0 Val:15
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:12
10:30:59.247 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:15

最大堆实现

大堆是一个反序比对

public class MaxHeap extends Heap<Integer> {@Overridepublic int compareTo(Integer firstElement, Integer secondElement) {return secondElement.compareTo(firstElement);}}

测试 

public class HeapTest {private static  final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HeapTest.class);public static void main(String[] args) {System.out.println("测试最大堆");MaxHeap heap = new MaxHeap();// 存入元素heap.add(1);heap.add(3);heap.add(5);heap.add(11);heap.add(4);heap.add(6);heap.add(7);heap.add(12);heap.add(15);heap.add(10);heap.add(9);heap.add(8);// 弹出元素while (heap.peek() != null){logger.info("测试结果:{}", heap.poll());}}
}

测试结果 

C:\jdk1.8.0_101\bin\java.exe "-javaagent:D:\IDEA\idea2021\IntelliJ IDEA 2021.2.2\lib\idea_rt.jar=51713:D:\IDEA\idea2021\IntelliJ IDEA 2021.2.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\charsets.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\deploy.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\mysql-connector-java-8.0.29.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\javaws.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\jce.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\jfr.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\jfxswt.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\jsse.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\management-agent.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\plugin.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\resources.jar;C:\jdk1.8.0_101\jre\lib\rt.jar;D:\IdeaProjects\java-algorithms\data-structure\target\classes;E:\repository\org\slf4j\slf4j-api\1.7.36\slf4j-api-1.7.36.jar;E:\repository\com\alibaba\fastjson\2.0.12\fastjson-2.0.12.jar;E:\repository\com\alibaba\fastjson2\fastjson2-extension\2.0.12\fastjson2-extension-2.0.12.jar;E:\repository\com\alibaba\fastjson2\fastjson2\2.0.12\fastjson2-2.0.12.jar;E:\repository\ch\qos\logback\logback-core\1.2.11\logback-core-1.2.11.jar;E:\repository\ch\qos\logback\logback-classic\1.2.11\logback-classic-1.2.11.jar heap.HeapTest
测试最大堆
10:41:33.975 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:3 当前队列:[1,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:1 parent:0
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:1 存放到位置:1
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:0 Val:3 
当前队列:[3,1,null,null,null,null,null,null,null,null,null] 10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:5 当前队列:[3,1,null,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:2 parent:0
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:3 存放到位置:2
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:0 Val:5 
当前队列:[5,1,3,null,null,null,null,null,null,null,null] 10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:11 当前队列:[5,1,3,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:41:33.983 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:3 parent:1
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:1 存放到位置:3
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:1 parent:0
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:5 存放到位置:1
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:0 Val:11 
当前队列:[11,5,3,1,null,null,null,null,null,null,null] 10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:4 当前队列:[11,5,3,1,null,null,null,null,null,null,null]
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:4 parent:1
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:5 目标节点:4
10:41:33.984 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:4 Val:4 
当前队列:[11,5,3,1,4,null,null,null,null,null,null] 10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:6 当前队列:[11,5,3,1,4,null,null,null,null,null,null]
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:5 parent:2
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:3 存放到位置:5
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10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:11 目标节点:6
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:2 Val:6 
当前队列:[11,5,6,1,4,3,null,null,null,null,null] 10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:7 当前队列:[11,5,6,1,4,3,null,null,null,null,null]
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:6 parent:2
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:6 存放到位置:6
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:2 parent:0
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:11 目标节点:7
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:2 Val:7 
当前队列:[11,5,7,1,4,3,6,null,null,null,null] 10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:12 当前队列:[11,5,7,1,4,3,6,null,null,null,null]
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10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:3 parent:1
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当前队列:[12,11,7,5,4,3,6,1,null,null,null] 10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:15 当前队列:[12,11,7,5,4,3,6,1,null,null,null]
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10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:3 parent:1
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:11 存放到位置:3
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:1 parent:0
10:41:33.985 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:12 存放到位置:1
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:0 Val:15 
当前队列:[15,12,7,11,4,3,6,1,5,null,null] 10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:10 当前队列:[15,12,7,11,4,3,6,1,5,null,null]
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:9 parent:4
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:4 存放到位置:9
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当前队列:[15,12,7,11,10,3,6,1,5,4,null] 10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:9 当前队列:[15,12,7,11,10,3,6,1,5,4,null]
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当前队列:[15,12,7,11,10,3,6,1,5,4,9] 10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】元素:8 当前队列:[15,12,7,11,10,3,6,1,5,4,9,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null]
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:11 parent:5
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:3 存放到位置:11
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10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,父子节点位置替换,继续循环。父节点值:7 存放到位置:5
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】寻找当前节点的父节点位置。k:2 parent:0
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】值比对,父节点:15 目标节点:8
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】完成 Idx:2 Val:8 
当前队列:[15,12,8,11,10,7,6,1,5,4,9,3,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null,null] 10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:3,下节点:12 位置替换
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:3,下节点:11 位置替换
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:1 right:5
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:3,下节点:5 位置替换
10:41:33.986 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:8 Val:3
10:41:33.987 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:15
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:9,下节点:11 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:5 right:10
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:9,下节点:10 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:4 Val:9
10:41:33.987 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:12
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:4,下节点:10 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:5 right:9
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:4,下节点:9 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:4 Val:4
10:41:33.987 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:11
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:3,下节点:9 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:3,下节点:5 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:3 Val:3
10:41:33.987 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:10
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:5 right:8
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:1,下节点:8 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:1,下节点:7 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:5 Val:1
10:41:33.987 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:9
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:5 right:7
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:6,下节点:7 位置替换
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:2 Val:6
10:41:33.987 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:8
10:41:33.987 [main] INFO heap.Heap - 【入队】左右子节点比对,获取最小值。left:5 right:6
10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:1,下节点:6 位置替换
10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:2 Val:1
10:41:33.988 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:7
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10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:1 Val:4
10:41:33.988 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:6
10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:3,下节点:4 位置替换
10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:1 Val:3
10:41:33.988 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:5
10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【入队】替换过程,节点的值比对。上节点:1,下节点:3 位置替换
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10:41:33.988 [main] INFO heap.Heap - 【出队】替换结果,最终更换位置。Idx:0 Val:1
10:41:33.988 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:3
10:41:33.988 [main] INFO heap.HeapTest - 测试结果:1Process finished with exit code 0

常见问题 

堆的数据结构是什么样? 

是一种基于树的特殊的数据结构,它可以在数组上构建出树的结构体,并满足堆的属性; 

堆的数据结构使用场景? 

堆排序算法,TopN的场景题,以及优先级队列是采用最小堆的性质去做的 

堆的数据结构实现方式有哪些? 

二叉堆使用数组存储,根节点索引为0,子节点n的索引为2n+1和2n+2。

最小堆和最大堆的区别是什么?

最小堆:任何一个父节点的值都小于或等于其子节点
最大堆:任何一个父节点的值都大于或等于其子节点  

http://www.xdnf.cn/news/16333.html

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