上一篇的 「Java 集合框架」里,還剩下一個大問題沒有說的,那就是 PriorityQueue,優先佇列,也就是堆,Heap,
什么是堆?
堆其實就是一種特殊的佇列——優先佇列,
普通的佇列游戲規則很簡單:就是先進先出;但這種優先佇列搞特殊,不是按照進佇列的時間順序,而是按照每個元素的優先級來比拼,優先級高的在堆頂,
這也很容易理解吧,比如各種軟體都有會員制度,某軟體用了會員就能加速下載的,不同等級的會員速度還不一樣,那就是優先級不同呀,
還有其實每個人回復微信訊息也是默默的把訊息放進堆里排個序:先回男朋友女朋友的,然后再回其他人的,
這里要區別于作業系統里的那個“堆”,這兩個雖然都叫堆,但是沒有半毛錢關系,都是借用了 Heap 這個英文單詞而已,
我們再來回顧一下「堆」在整個 Java 集合框架中的位置:

也就是說,
PriorityQueue 是一個類 (class); PriorityQueue 繼承自 Queue 這個介面 (Interface);
那 heap 在哪呢?
heap 其實是一個抽象的資料結構,或者說是邏輯上的資料結構,并不是一個物理上真實存在的資料結構,
heap 其實有很多種實作方式,比如 binomial heap, Fibonacci heap 等等,但是面試最常考的,也是最經典的,就是 binary heap 二叉堆,也就是用一棵完全二叉樹來實作的,
那完全二叉樹是怎么實作的?
其實是用陣列來實作的!
所以 binary heap/PriorityQueue 實際上是用陣列來實作的,
這個陣列的排列方式有點特別,因為它總會維護你定義的(或者默認的)優先級最高的元素在陣列的首位,所以不是隨便一個陣列都叫「堆」,實際上,它在你心里,應該是一棵「完全二叉樹」,
這棵完全二叉樹,只存在你心里和各大書本上;實際在在記憶體里,哪有什么樹?就是陣列罷了,
那為什么完全二叉樹可以用陣列來實作?是不是所有的樹都能用陣列來實作?
這個就涉及完全二叉樹的性質了,我們下一篇會細講,簡單來說,因為完全二叉樹的定義要求了它在層序遍歷的時候沒有氣泡,也就是連續存盤的,所以可以用陣列來存放;第二個問題當然是否,
堆的特點
堆是一棵完全二叉樹;
堆序性 (heap order): 任意節點都優于它的所有孩子,
a. 如果是任意節點都大于它的所有孩子,這樣的堆叫大頂堆,Max Heap;
b. 如果是任意節點都小于它的所有孩子,這樣的堆叫小頂堆,Min Heap;

左圖是小頂堆,可以看出對于每個節點來說,都是小于它的所有孩子的,注意是所有孩子,包括孫子,曾孫...
既然堆是用陣列來實作的,那么我們可以找到每個節點和它的父母/孩子之間的關系,從而可以直接訪問到它們,

比如對于節點 3 來說,
它的 Index = 1, 它的 parent index = 0, 左孩子 left child index = 3, 右孩子 right child index = 4.
可以歸納出如下規律:
設當前節點的 index = x, 那么 parent index = (x-1)/2, 左孩子 left child index = 2*x + 1, 右孩子 right child index = 2*x + 2.
有些書上可能寫法稍有不同,是因為它們的陣列是從 1 開始的,而我這里陣列的下標是從 0 開始的,都是可以的,
這樣就可以從任意一個點,一步找到它的孫子、曾孫子,真的太方便了,在之后講具體操作時大家可以更深刻的體會到,
那有關堆的基本操作,以及為什么 heapify() 是 O(n) 的,我們之后再聊,

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