堆傻傻分不清？这里教你 Java 集合中「堆」的最佳打开方式

见解分享

2023-10-21 07:31:06

堆，一种特殊的队列

堆其实就是一种特殊的队列——优先队列。普通的队列就像排队买火车票，先进先出，公平有序。但优先队列就不一样了，它可是搞特殊，不按进队列的时间顺序排队，而是按照每个元素的优先级来比拼，优先级高的就站在队首。

想想看，各种软件都有会员制度，不同等级的会员享有不同的特权，比如加速下载。这就好像一个优先队列，会员等级越高，优先级越高，下载速度也越快。

堆的本质：二叉树

别看堆外表光鲜，其实它的本质就是一个二叉树，只不过这个二叉树有点特殊，它符合堆的性质：

最大堆： 每个节点的值都大于等于它的子节点。
最小堆： 每个节点的值都小于等于它的子节点。

堆的巧妙之处

堆的巧妙之处在于，它可以在 O(logN) 的时间复杂度内完成插入、删除和查找最小/最大元素的操作。这比线性搜索和排序快多了，堪称数据结构中的明星选手。

堆的应用场景

堆在实际应用中可是大显身手：

优先级队列： 就像上面提到的软件会员，根据优先级处理任务。
贪心算法： 比如著名的哈夫曼编码，就是利用堆的贪心性质来实现的。
排序： 堆排序是一种基于堆的快速排序算法。

Java 中的堆

在 Java 中，PriorityQueue 类实现了优先队列，我们可以直接使用它来操作堆。它提供了add()、remove()、peek() 等方法，非常方便。

代码示例

以下是一个示例代码，展示了如何使用 PriorityQueue：

import java.util.PriorityQueue;

public class HeapExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个最大堆
        PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

        // 插入元素
        maxHeap.add(5);
        maxHeap.add(3);
        maxHeap.add(7);
        maxHeap.add(1);

        // 获取最大元素
        int maxElement = maxHeap.peek();

        // 删除最大元素
        maxHeap.remove(maxElement);

        // 输出堆中的元素
        System.out.println(maxHeap);
    }
}