20172311《程序設計與數據結構》第八周學習總結

教材學習內容總結

第十二章 優先隊列與堆

• 堆（heap）就是具有兩個附加屬性的一顆二叉樹

  1.它是一顆完全樹
  2.對每一個節點，它小于等于或者大于等于其左孩子和右孩子

• HeapADT的UML描述
  

• addElement方法將給定的Comparable元素添加到堆中的恰當位置處，且維持該堆的完全性屬性和有序屬性
• 因為一個堆就是一顆完全樹，所以對于插入的新節點而言，只存在一個正確的位置，且它要么是h層左邊的下一個空位置，要么是h+1層左邊的第一個位置（如果h層是滿的話）

• 堆的插入和重排序過程（以小頂堆為例）
  

• 通常，在堆實現中，我們會對樹中的最末一個節點，或更為準確的是，最末一片葉子節點進行跟蹤記錄

• 堆的刪除和重排序過程（以小頂堆為例）
  

• 優先級隊列就是遵循兩個排序規則的集合。首先，具有更高優先級的項目在先。第二，具有相同優先級的項目使用先進先出方法來確定其排序
• 可以使用一個小頂堆來實現一個優先級隊列，按照優先級對堆排序完成了第一次排序（高優先級的在先），同時對具有相同優先級項目的先進先出排序進行操縱
• 雖然最小堆根本就不是一個隊列，但它卻提供了一個高效的優先級隊列實現
• 用鏈表實現堆時，因為我們要求在插入元素后能夠向上遍歷該樹，所以堆中結點必須存儲指向其雙親的指針
  

• 堆排序由兩部分構成：添加列表的每一個元素，然后一次刪除一個元素

教材學習中的問題和解決過程

• 問題：堆、棧、堆棧之間有何聯系和區別
• 問題解決方案：

1.堆：什么是堆？又該怎么理解呢？

①堆通常是一個可以被看做一棵樹的數組對象。堆總是滿足下列性質：

·堆中某個節點的值總是不大于或不小于其父節點的值；

·堆總是一棵完全二叉樹。

②堆是在程序運行時，而不是在程序編譯時，申請某個大小的內存空間。即動態分配內存，對其訪問和對一般內存的訪問沒有區別。

③堆是應用程序在運行的時候請求操作系統分配給自己內存，一般是申請/給予的過程。

④堆是指程序運行時申請的動態內存，而棧只是指一種使用堆的方法(即先進后出)。

2.棧：什么是棧？又該怎么理解呢？

①棧（stack）又名堆棧，它是一種運算受限的線性表。其限制是僅允許在表的一端進行插入和刪除運算。這一端被稱為棧頂，相對地，把另一端稱為棧底。

②棧就是一個桶，后放進去的先拿出來，它下面本來有的東西要等它出來之后才能出來（先進后出）

③棧(Stack)是操作系統在建立某個進程時或者線程（在支持多線程的操作系統中是線程）為這個線程建立的存儲區域，該區域具有FIFO的特性，在編譯的時候可以指定需要的Stack的大小。

3.堆棧：什么是堆棧？又該怎么理解呢？

注意：其實堆棧本身就是棧，只是換了個抽象的名字。

堆棧的特性： 最后一個放入堆棧中的物體總是被最先拿出來， 這個特性通常稱為后進先出(LIFO)隊列。 堆棧中定義了一些操作。 兩個最重要的是PUSH和POP。 PUSH操作在堆棧的頂部加入一 個元素。POP操作相反， 在堆棧頂部移去一個元素， 并將堆棧的大小減一。

4.堆、棧區別總結：

1.堆棧空間分配

①棧（操作系統）：由操作系統自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似于數據結構中的棧。

②堆（操作系統）： 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收，分配方式倒是類似于鏈表。

2.堆棧緩存方式

①棧使用的是一級緩存， 他們通常都是被調用時處于存儲空間中，調用完畢立即釋放。

②堆則是存放在二級緩存中，生命周期由虛擬機的垃圾回收算法來決定（并不是一旦成為孤兒對象就能被回收）。所以調用這些對象的速度要相對來得低一些。

3.堆棧數據結構區別

①堆（數據結構）：堆可以被看成是一棵樹，如：堆排序。

②棧（數據結構）：一種先進后出的數據結構。

代碼調試中的問題和解決過程

• 問題1：pp11.9在測試時出現空指針異常，如下：
  

報錯的removeMin方法如下：

• 問題1解決方案：通過單步調試發現是removeMin方法有問題，改正的代碼及運行結果如下:
  

• 問題2：pp12.1addElement方法一直有問題，如下：
  

• 問題2解決方案：通過仔細查看報錯信息認識到是因為這個方法名和方法體與繼承的SmallArrayHeap類中的addElement方法完全一樣，如下：
  
  對方法名進行略微改動即可，如下：
  

代碼托管

上周考試錯題總結

• 錯題1：
  
• 錯題1理解：大腦短路導致做錯，compareTo方法返回的是int型

結對及互評

• 本周結對學習情況
  本周主要對優先隊列和堆進行了學習，以之前對樹的學習為基礎，本章內容難度并不大，遇到的問題不多，繼續努力吧！
  • 20172307

感想

消除惰性！繼續努力！努力！再努力！

學習進度條

代碼行數（新增/累積）博客量（新增/累積）學習時間（新增/累積）重要成長

目標	5000行	30篇	400小時
第一周	0/0	1/1	4/4
第二周	464/464	1/2	10/14	理解掌握了用數組和鏈表實現棧的方法
第三周	494/958	1/3	10/24	理解掌握了用數組和鏈表實現隊列的方法
第四周	1629/2587	2/5	20/44	對用鏈表和數組實現列表進行了學習
第五周	856/3443	2/7	15/59	較為深入的學習了查找和排序方法的實現
第六周	668/4111	1/8	20/79	學習了鏈式二叉樹的實現
第七周	900/5011	1/9	15/99	對二叉查找樹進行了較為深入的學習
第八周	1378/6389	2/10	16/115	較為深入的學習理解了堆

• 計劃學習時間:20小時

• 實際學習時間:16小時

• 改進情況：提高學習效率！沖沖沖！

參考資料

• Java軟件結構與數據結構(第4版)
• 什么是“堆”,"棧","堆棧","隊列",它們的區別？

轉載于:https://www.cnblogs.com/zhaoxiaohai/p/9940559.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的20172311《程序设计与数据结构》第八周学习总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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