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      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解

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      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解

      2024-08-07 09:42:34 阅读次数:39

      java,编程开发

      附有过程详细思路图解,最后有整体实现的代码

      一、堆排序

      堆排序是利用堆这种数据结构而设计的一种排序算法,堆排序是一种选择排序,它的最坏,最好,平均时间复杂度均为O(nlogn),它是不稳定排序。

      1.堆排序简介

      堆是一个近似完全二叉树(可以简单理解为从根到最后一层,只有最后一层可以存在二叉树的深度为h,除第 h 层外,其它各层 (1~h-1) 的结点数都达到最大个数,第 h 层所有的结点都连续集中在最左边)的结构,并同时满足堆积的性质:即子结点的键值或索引总是小于(或者大于)它的父节点。

      所以堆排序可以有两种:
      大顶堆:每个结点的值都大于或等于其左右孩子结点的值;
      小顶堆:每个结点的值都小于或等于其左右孩子结点的值。

      这里有一个动态可以看一下加强理解,如果不理解也不影响,继续看下去
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      2.算法思路
      这里我是建造大顶堆,利用将数组放入树中,并借助队列记录左右子树的父亲节点,这样方便将数组中的数放入树中节点,可以满足完全二叉树的特点

      下面结合图来举例解释
      例如,我们有数组{10,8,7,6,5,4,2}
      (1) 将第一个10放入树中的同时,同时也让10进入队列
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      (2) 然后按照从左到右的顺序给10安排孩子,让8和7分别作为10的左右孩子放进树中,同时也进入队列,10可以出队了
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      (3) 同理给8安排孩子,分别是6和5,同时也记录到队列中,8也不需要了那就出队
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      (4) 利用队列的重点来了,当我们将数组中的5放入到8的右孩子后,如何将4快速定位到7的左孩子呢,这个时候我们只要去找队头的7,就解决问题了。
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      这样的树就是我们要构建的完全二叉树了,因为举例比较特殊,所以直接也是大顶堆了

      3.代码实现

       //整体思路,将数组中的数变为堆排序,
          // 借助队列记录左右子树的父亲节点,方便放入树中节点(画图解释)
          public static void creatTree(int a[]) {//创建完全二叉树
              LinkedList<treeNode> listNode = new LinkedList();//新建链表,链表模拟队列
              treeNode root = new treeNode(a[0]);//将数组第一位记录到根节点
              listNode.addFirst(root);//将根节点数值入队
              int temp;//声明借助temp进行两数的交换
              for(int i=1;i<a.length;i++) {//for循环遍历数组放入树中(真正的建树过程),以下注释以第一遍循环为例
                  treeNode thisNode = listNode.getFirst();//将队列中第一个放入树的第一个节点对象(第一次循环为根节点)
                  if (thisNode.getLeft() == null) {  //左孩子为空的情况下
                      treeNode newNode = new treeNode(a[i]);//新建节点存放数组第二个值
                      listNode.add(newNode);//队列中增加此时的第二个值
                      thisNode.setLeft(newNode);//first节点连接左孩子
                      newNode.setParent(thisNode);//左孩子连接父亲节点
                      while (newNode.value>thisNode.value){//为了构建大顶堆,插入节点的值与父亲节点值进行比较,保证父亲节点值大
                          temp=newNode.value;
                          newNode.value=thisNode.value;
                          thisNode.value=temp;
                          if(thisNode==root){//根节点无父亲节点
                              break;
                          }
                          newNode = thisNode;//保证所有的孩子节点和父亲节点遵循大顶堆原则(父亲节点值大于孩子节点)
                          thisNode=thisNode.getParent();
                      }
                  }
                  else if(thisNode.getRight()==null){//右子树同上
                      treeNode newNode = new treeNode(a[i]);
                      listNode.add(newNode);
                      thisNode.setRight(newNode);
                      newNode.setParent(thisNode);
                      listNode.removeFirst();
                      while (newNode.value>thisNode.value){
                          temp=newNode.value;
                          newNode.value=thisNode.value;
                          thisNode.value=temp;
                          if(thisNode==root){
                              break;
                          }
                          newNode = thisNode;
                          thisNode=thisNode.getParent();
                      }
                  }
              }
      

      一个大顶堆的逻辑就这么出来了,下面看看广度优先遍历


      二、二叉树的广度优先遍历

      1. 二叉树的广度优先遍历介绍
      这是百度百科解释:广度优先遍历
      我们可以将二叉树的广度优先遍历理解为:对二叉树整体进行从上到下,每层从左到右的遍历。
      2.算法思路
      对于二叉树的广度优先遍历的做法类似上面构建大顶堆。

      利用队列记录操作的父亲,并将其左右孩子存入队列,只是这是不将父亲出队,而是利用标记来指引树的节点在队列中的索引。最后的队列输出结果就是广度优先遍历结果。
      继续用图来解释:
      (1) 首先把根节点10放入队列,并用红色代表我们标记的索引
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      (2) 如果10的左孩子不为空,我们把8放入队列,右孩子也不空,7也放入队列,10的左右孩子都遍历了,但是这是我们不将10出队,只是将标记下移到8
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      (3) 利用队列加标记的重点在这里:下面我们该遍历8的左右孩子了,如果8的左孩子不为空,将6入队,右孩子不为空,5入队,8的左右孩子遍历完了,同样是将标记下移到7,目的也是为了方便直接定位到7的左右孩子,进行遍历
      排序:Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历原理及代码注释详解
      (4) 后面依次类推
      3.代码实现

      //通过队列按照每一层树从左到右输出
              LinkedList<treeNode> queue = new LinkedList(); //链表模拟队列
              int flag = 0;//用来标记树的节点在队列中的索引
              queue.add(root);//根节点加入队列头
              treeNode rroot ;//操作节点的父亲
              while(queue.size()!=a.length){
                  rroot = queue.get(flag++);
                  if(rroot.getLeft() != null){//左孩子不空,放入队列
                      queue.addLast(rroot.getLeft());
                  }
                  if(rroot.getRight() !=null){//右孩子不空,放入队列
                      queue.addLast(rroot.getRight());
                  }
              }
              for(int i = 0;i<queue.size();i++){//队列先进先出的性质输出
                  System.out.print(queue.get(i).value+"  ");
              }
      

      三、Java实现大顶堆和二叉树的广度优先遍历全部代码及注释详解
      下面就是将堆排序和广度优先遍历结合起来了直接上代码,有两个文件

      Tree.java

      import java.util.LinkedList;
      public class Tree {
          //整体思路,将数组中的数变为堆排序,
          // 借助队列记录左右子树的父亲节点,方便放入树中节点(画图解释)
          public static void creatTree(int a[]){//创建完全二叉树
              LinkedList<treeNode> listNode = new LinkedList();//新建链表,链表模拟队列
              treeNode root = new treeNode(a[0]);//将数组第一位记录到根节点
              listNode.addFirst(root);//将根节点数值入队
              int temp;//声明借助temp进行两数的交换
              
              for(int i=1;i<a.length;i++) {//for循环遍历数组放入树中(真正的建树过程),以下注释以第一遍循环为例
                  treeNode thisNode = listNode.getFirst();//将队列中第一个放入树的第一个节点对象(第一次循环为根节点)
                  if (thisNode.getLeft() == null) {  //左孩子为空的情况下
                      treeNode newNode = new treeNode(a[i]);//新建节点存放数组第二个值
                      listNode.add(newNode);//队列中增加此时的第二个值
                      thisNode.setLeft(newNode);//first节点连接左孩子
                      newNode.setParent(thisNode);//左孩子连接父亲节点
                      while (newNode.value>thisNode.value){//为了构建大顶堆,插入节点的值与父亲节点值进行比较,保证父亲节点值大
                          temp=newNode.value;
                          newNode.value=thisNode.value;
                          thisNode.value=temp;
                          if(thisNode==root){//根节点无父亲节点
                              break;
                          }
                          newNode = thisNode;//保证所有的孩子节点和父亲节点遵循大顶堆原则(父亲节点值大于孩子节点)
                          thisNode=thisNode.getParent();
                      }
                  }
                  else if(thisNode.getRight()==null){//右子树同上
                      treeNode newNode = new treeNode(a[i]);
                      listNode.add(newNode);
                      thisNode.setRight(newNode);
                      newNode.setParent(thisNode);
                      listNode.removeFirst();
                      while (newNode.value>thisNode.value){
                          temp=newNode.value;
                          newNode.value=thisNode.value;
                          thisNode.value=temp;
                          if(thisNode==root){
                              break;
                          }
                          newNode = thisNode;
                          thisNode=thisNode.getParent();
                      }
                  }
              }
              //通过队列按照每一层树从左到右输出大顶堆
              LinkedList<treeNode> queue = new LinkedList(); //链表模拟队列
              int flag = 0;//用来标记树的节点在队列中的索引
              queue.add(root);//根节点加入队列头
              treeNode rroot ;//操作节点的父亲
              while(queue.size()!=a.length){
                  rroot = queue.get(flag++);
                  if(rroot.getLeft() != null){//左孩子不空,放入队列
                      queue.addLast(rroot.getLeft());
                  }
                  if(rroot.getRight() !=null){//右孩子不空,放入队列
                      queue.addLast(rroot.getRight());
                  }
              }
              for(int i = 0;i<queue.size();i++){//队列先进先出的性质输出
                  System.out.print(queue.get(i).value+"  ");
              }
          }
          public static void main(String[] args) {
              int a[] = {11,10,4,43,34,54,6};
              creatTree(a);
          }
      }
      
      

      treeNode.java

      public class treeNode {
          private treeNode left;
          private treeNode right;
          private treeNode parent;
          int value;
      
          public treeNode getLeft() {
              return left;
          }
          public void setLeft(treeNode left) {
              this.left = left;
          }
          public treeNode getRight() {
              return right;
          }
          public void setRight(treeNode right) {
              this.right = right;
          }
          public int getValue() {
              return value;
          }
          public void setValue(int value) {
              this.value = value;
          }
          public treeNode getParent() {
              return parent;
          }
          public void setParent(treeNode parent) {
              this.parent = parent;
          }
          public treeNode(int value){
              this.value = value;
          }
      }
      
      

      写着是排序,实际就是构造完大顶堆后对其进行取最大值就好。

      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:https://kunzhi.blog.csdn.net/article/details/95401617,作者:鲲志说,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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      java , 代理 , 代码 , 对象 , 接口 , 方法 , 需要
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      2025-05-09 08:20:32
      java , Maven , xml , 创建 , 文件 , 文件夹 , 项目
      2025-05-08 09:03:57

      前K个高频元素java

      给定一个非空的整数数组,返回其中出现频率前 前K个高频元素java 高的元素。

      2025-05-08 09:03:57
      java , 元素 , 样例 , 给定
      2025-05-08 09:03:21

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      2025-05-08 09:03:21
      java , Swing , 学生 , 源码
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      2025-05-08 09:03:21
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      2025-05-07 09:08:08

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      2025-05-07 09:08:08
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      2025-04-22 09:40:08

      【ETL工具】kettle 程序报错 Javascript error: TypeError: Cannot call method “trim“ of null

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      2025-04-22 09:40:08
      java , javascript , org
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