最大堆和最小堆

package MaxHeap;

import List.Array;

public class MaxHeap<E extends Comparable<E>> {
    private Array<E> data;

    public MaxHeap(int capacity) {
        data = new Array<>(capacity);
    }

    public MaxHeap() {
        data = new Array<>();
    }

    public MaxHeap(E[] arr) {
        data = new Array<>(arr);
        for (int i = parent(arr.length - 1); i >= 0; i--) {
            siftDown(i);
        }
    }

    // 返回堆中的元素个数
    public int size() {
        return data.getSize();
    }

    // 返回一个布尔值，表示堆中是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }

    // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的父亲节点的索引
    public int parent(int index) {
        if (index == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("index-0 doesmn`t have parent.");
        }
        return (index - 1) / 2;

    }

    //返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
    private int leftChild(int index) {
        return index * 2 + 1;
    }

    //返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
    private int rightChild(int index) {
        return index * 2 + 2;
    }

    // 向堆中添加元素
    public void add(E e) {
        data.addLast(e);
        siftUp(data.getSize() - 1);
    }

    private void siftUp(int k) {
        while (k > 0 && data.get(parent(k)).compareTo(data.get(k)) < 0) {
            data.swap(k, parent(k));
            k = parent(k);
        }
    }

    // 看堆中的最大元素
    public E findMax() {
        if (data.getSize() == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("数组为空！");
        }
        return data.get(0);
    }

    // 取出堆中最大元素
    public E extractMax() {
        E ret = findMax();
        data.swap(0, data.getSize() - 1);
        data.removeLast();
        siftDown(0);
        return ret;
    }

    private void siftDown(int k) {
        while (leftChild(k) < data.getSize()) {
            int j = leftChild(k);
            if (j + 1 < data.getSize() && data.get(j + 1).compareTo(data.get(j)) > 0) {
                j = rightChild(k);
            }
            // data[j] 是 leftChild 和 rightChild 中的最大值
            if (data.get(k).compareTo(data.get(j)) >= 0) {
                break;
            }
            data.swap(k, j);
            k = j;
        }
    }

    // 取出堆中的最大元素，并且替换成元素e
    public E replace(E e) {
        E ret = findMax();
        data.set(0, e);
        siftDown(0);
        return ret;
    }

}

package List;


import java.util.Objects;

public class Array<E> {
    private E[] data;
    private int size;

    //  构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
    public Array(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    public Array(E[] arr){
        data = (E[]) new Object[arr.length];
        for (int i=0;i<arr.length;i++){
            data[i] = arr[i];
        }
        size = arr.length;
    }

    //  无参数的构造函数，默认数组的容量capacity = 10
    public Array() {
        this(10);
    }

    //  获取数组中的元素个数
    public int getSize() {
        return size;
    }

    //  获取数组的容量
    public int getCapacity() {
        return data.length;
    }

    //  数组是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    //  向所有元素后添加一个新元素
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    //在所有元素前添加一个元素
    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    //  在第index个位置插入一个新元素e
    public void add(int index, E e) {

        if (index < 0 || index > size)
            System.out.println("添加新元素方法失败，插入位置不可以为负数，也不可以大于数组长度");
        if (size == data.length)
            resize(2 * data.length);
        for (int i = size - 1; i >= index; i--) {
            data[i + 1] = data[i];
        }
        data[index] = e;
        size++;
    }

    // 扩容两倍
    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
        for (int i = 0; i < size; i++)
            newData[i] = data[i];
        data = newData;
    }

    public void swap(int i,int j){
        if (i<0||i>=size||j<0||j>=size){
            throw new IllegalArgumentException("Index is illegal.");
        }
        E e = data[i];
        data[i] = data[j];
        data[j] = e;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            res.append(data[i]);
            if (i != size - 1)
                res.append(", ");
        }
        return res.toString();
    }

    //获取index索引位置的元素
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            System.out.println("传入不合法！");
        return data[index];
    }

    //修改index索引位置的元素为e
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index >= size)
            System.out.println("传入不合法！");
        data[index] = e;
    }

    // 查找数组中是否有元素e
    public boolean contains(E e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e))
                return true;
        }
        return false;
    }

    //查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
    public int find(E e) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i].equals(e))
                return i;
        }
        return -1;
    }

    //从数组中删除index位置的元素，返回删除的元素
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            System.out.println("传入不合法！");
        E ret = data[index];
        for (int i = index + 1; i < size; i++)
            data[i - 1] = data[i];
        size--;
        data[size] = null;  //loitering objects != memory leak

        //动态减小数组
        if (size == data.length / 4 && data.length / 2 !=0)
            resize(data.length / 2);
        return ret;
    }

    // 从数组中删除第一个元素，返回删除的元素
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    //从数组中删除最后一个元素，返回删除的元素
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    // 从数组中删除元素e
    public void removeElement(E e) {
        int index = find(e);
        if (index != -1)
            remove(index);
    }
}

package MaxHeap;

import java.util.HashMap;
import java.util.Random;

public class Main {
    public static double testHeap(Integer[] testData, boolean isHeapify) {
        long startTime = System.nanoTime();
        MaxHeap<Integer> maxHeap;
        if (isHeapify) {
            maxHeap = new MaxHeap<Integer>(testData);
        } else {
            maxHeap = new MaxHeap<Integer>();
            for (int num : testData) {
                maxHeap.add(num);
            }
        }

        int[] arr = new int[testData.length];
        for (int i = 0; i < testData.length; i++) {
            arr[i] = maxHeap.extractMax();
        }
        for (int i = 1; i < testData.length; i++) {
            if (arr[i - 1] < arr[i]) {
                throw new IllegalArgumentException("报错了");
            }
        }
        System.out.println("成功！");
        long endTime = System.nanoTime();

        return (endTime - startTime) / 1000000000.0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int n = 10000000;
        Random random = new Random();
        Integer[] testData = new Integer[n];
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            testData[i] = random.nextInt(Integer.MAX_VALUE);
        }
        double time1 = testHeap(testData, false);
        System.out.println("用时：" + time1);
        double time2 = testHeap(testData, true);
        System.out.println("用时：" + time2);


    }
}