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  • 11.堆与堆的应用

    • 一个完全二叉树

    • 堆中每个节点的值都必须大于等于(或小于等于)其子树中每个节点的值

    • 插入O(logn)

      • 将新的元素放到堆的最后
      • 堆化O(logn):顺着节点所在路径,向上逐个对比,然后交换
    • 删除堆顶元素O(logn)

      • 删除堆顶元素

      • 将最后一个节点放到堆顶

      • 从上到下堆化(左子树优先)

    堆排序

    • 原地

    • 不稳定

    • O(nlogn)

    • 步骤

      • 建堆O(nlogn)[实际是O(n)]

        1. 将数组下标为1的元素看作初始的堆,然后将剩余元素从下往上逐个对比,加入堆中

        2. 完全二叉树的n/2+1到n个节点是叶子节点(根节点下标设为1,方便实现),所以将从n到1的节点逐个从上往下堆化

      • 排序O(nlogn):不断删除堆顶元素并堆化,直到堆空

    优先队列

    优先队列的概念和堆的特性十分契合,往优先队列中插入一个元素就相当于往堆中插入一个元素从优先队列中取出优先级最高的元素,就相当于取出堆顶元素

    • 合并小文件:假设有100个有序的小文件,希望将它们合并成一个有序的大文件,就可以使用大小为100的优先队列。从100个文件中取首字符放入优先队列,每次将堆顶元素放入大文件并再从对应小文件中取出一个字符

    • 高性能定时器:假设我们有一个定时器,定时器中维护了很多定时任务,每个任务都设定了一个要触发执行的时间点。定时器每过一个很小的单位时间(比如 1 秒),就扫描一遍任务,看是否有任务到达设定的执行时间。如果到达了,就拿出来执行。使用优先队列得出最先要执行的任务P,将定时器时间设为P执行时间,就不必轮询了

    • 求TOP K

      • 静态数据:从堆顶删除K个元素

      • 动态数据:维护一个一个大小为K的小顶堆,每当有数据要插入时先于堆顶元素比较,若大于堆顶元素则删除堆顶元素并且将这个数据插入堆中;如果小于堆顶元素小则不做处理。这样无论任何时候需要查询当前K大元素,都能立即返回

    • 求动态数据集合中的n%分位数(以求50%分位数,即中位数为例)

      • 维护一个大顶堆存储前半部分数据,一个小顶堆存储后半部分数据

      • 偶数情况n/2个存大顶堆,n/2存小顶堆;奇数情况n/2+1个存大顶堆,n/2个存小顶堆

      • 如果新加入数据小于等于大顶堆堆顶元素,那么将其加入大顶堆,否则加入小顶堆

      • 数据加入后可能出现两边数据与约定数量不符的情况,这时可以将数据互相移动,将数量满足约定

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