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詳解堆的javascript實現方法
編輯:關於JavaScript     

堆的定義

最大(最小)堆是一棵每一個節點的鍵值都不小於(大於)其孩子(如果存在)的鍵值的樹。大頂堆是一棵完全二叉樹,同時也是一棵最大樹。小頂堆是一棵完全完全二叉樹,同時也是一棵最小樹。

另外,記住這兩個概念,對寫代碼太重要了:

      1、父節點和子節點的關系:看定義

      2、完全二叉樹:參考[2]

基本操作

      1、Build(構建堆)

      2、Insert(插入)

      3、Delete(刪除:最小或者最大的那個)

代碼實現

首先,寫代碼前有兩個非常重要的點:

      1、用一個數組就可以作為堆的存儲結構,非常簡單而且易操作;

      2、另外同樣因為是數組作為存儲結構,所以父子節點之間的關系就能根據索引就輕松找到對方了。

對於JavaScript以0作為數組索引開始,關系如下:

nLeftIndex = 2 * (nFatherIndex+1) - 1;
nRightIndex = 2* (nFatherIndex+1);

前面提到注意兩個概念,是有助於理解的:

       1、因為是數組,所以父子節點的關系就不需要特殊的結構去維護了,索引之間通過計算就可以得到,省掉了很多麻煩。如果是鏈表結構,就會復雜很多;

       2、完全二叉樹的概念可以參考[2],要求葉子節點從左往右填滿,才能開始填充下一層,這就保證了不需要對數組整體進行大片的移動。這也是隨機存儲結構(數組)的短板:刪除一個元素之後,整體往前移是比較費時的。這個特性也導致堆在刪除元素的時候,要把最後一個葉子節點補充到樹根節點的緣由

代碼實現:

/******************************************************
* file : 堆
* author : "page"
* time : "2016/11/02"
*******************************************************/
function Heap()
{
 this.data = [];
}

Heap.prototype.print = function () {
 console.log("Heap: " + this.data);
}

Heap.prototype.build = function(data){
 // 初始化
 this.data = [];
 if (!data instanceof Array)
 return false;

 // 入堆
 for (var i = 0; i < data.length; ++i) {
 this.insert(data[i]);
 }

 return true;
}

Heap.prototype.insert = function( nValue ){
 if (!this.data instanceof Array) {
 this.data = [];
 }

 this.data.push(nValue);
 // 更新新節點
 var nIndex = this.data.length-1;
 var nFatherIndex = Math.floor((nIndex-1)/2);
 while (nFatherIndex > 0){
 if (this.data[nIndex] < this.data[nFatherIndex]) {
 var temp = this.data[nIndex];
 this.data[nIndex] = this.data[nFatherIndex];
 this.data[nFatherIndex] = temp;
 }

 nIndex = nFatherIndex;
 nFatherIndex = Math.floor((nIndex-1)/2);
 }
}

Heap.prototype.delete = function( ){
 if (!this.data instanceof Array) {
 return null;
 }

 var nIndex = 0;
 var nValue = this.data[nIndex];
 var nMaxIndex = this.data.length-1;
 // 更新新節點
 var nLeaf = this.data.pop();
 this.data[nIndex] = nLeaf;

 while (nIndex < nMaxIndex ){
 var nLeftIndex = 2 * (nIndex+1) - 1;
 var nRightIndex = 2 * (nIndex+1);

 // 找最小的一個子節點(nLeftIndex < nRightIndex)
 var nSelectIndex = nLeftIndex;
 if (nRightIndex < nMaxIndex) {
 nSelectIndex = (this.data[nLeftIndex] > this.data[nRightIndex]) ? nRightIndex : nLeftIndex;
 }

 if (nSelectIndex < nMaxIndex && this.data[nIndex] > this.data[nSelectIndex] ){
 var temp = this.data[nIndex];
 this.data[nIndex] = this.data[nSelectIndex];
 this.data[nSelectIndex] = temp;
 }

 nIndex = nSelectIndex;
 }

 return nValue;
}
// test
var heap = new Heap();
heap.build([1, 3, 5, 11, 4, 6, 7, 12, 15, 10, 9, 8]);
heap.print();
// insert
heap.insert(2);
heap.print();
// delete
heap.delete();
heap.print();

關於JavaScript的幾點小結

這裡是采用面向對象的一種實現方法,感覺上不是太優雅,不知道還有沒有更好的表示方法和寫法;

學習了數組的幾個用法:push和pop的操作太好用了;

判斷數組的方式也是臨時從網上搜的(instanceof),印象不深刻,不用的話下次估計還是有可能忘掉。

參考

[1]《數據結構和算法分析:C語言描述》

[2]圖解數據結構(8)——二叉堆

[3]>數據結構:堆

總結

JavaScript的數組實現了push和pop這些操作,許多其他語言也提供了類似的數據結構和操作(比如C++的Vector),同時也支持隨機操作。所以,我開始想如果這些結構上簡單的加上自動排序的概念,那麼一個堆就輕松搞定了,後面看到C++ STL的make_heap就知道自己知道的太少了,但也慶幸自己思維方式是對的。JavaScript的沒有去查,我想有或者實現起來很容易;
自己去實現了之後,發現這個結構也很簡單,只要你肯去跟它親密接觸一次就可以了;

JavaScript的細節部分還是不太了解,比如數組的應用上還要再翻資料才能用;對於JavaScript的靈魂還是沒有接觸到,精髓部分需要不斷的學習和練習;

這些代碼,只要你去了解了概念,了解了編程的基礎,就可以寫的出來。但是,代碼還可以寫的更簡潔,比如delete函數求最小的子節點的時候,左右節點的索引就不需要比較,肯定是左邊的小。代碼部分感覺還是可以繼續優化和精簡的。

以上就是這篇文章的全部內容了,希望本文的內容對大家的學習或者工作能帶來一定的幫助,如果有疑問大家可以留言交流,謝謝大家對的支持。

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