Wykorzystanie struktur danych jest bardzo ważne w dziedzinie programowania komputerowego, szczególnie jeśli chodzi o przechowywanie, zarządzanie i organizowanie danych szybko i efektywnie. Każdy programista musi rozważyć dokładne zrozumienie struktury danych, ponieważ może to znacznie poprawić jego umiejętności. Implementacja min i max sterty jest ważną częścią struktury danych i każdy musi rozważyć zapoznanie się z nią.
Zrozumienie, czym jest sterta
Sterta, w swojej istocie, jest zaawansowaną strukturą danych opartą na drzewach, którą programiści wykorzystują głównie do implementacji i sortowania kolejek. Sterty są drzewami binarnymi i oto ich podstawowe cechy:
– Poziom wejściowy w stercie jest wypełniony, a węzły liści są wyjątkiem
– Wszystkie węzły mają maksymalnie 2 dzieci
– Każdy węzeł jest umieszczony daleko po lewej stronie, co oznacza, że każde dziecko znajduje się po lewej stronie rodzica.
Stosy wykorzystują drzewa binarne w celu uniknięcia dziur w tablicy. Drzewa binarne to drzewa, w których każdy węzeł ma dwoje dzieci i każdy węzeł jest pełny, a jedynym wyjątkiem są węzły liści, które są puste. Sterty są tworzone na podstawie ich właściwości. Właściwość ta zasadniczo porównuje klucze węzłów nadrzędnych z kluczami węzłów podrzędnych.
Należy pamiętać, że sterty nie są posortowane przez cały czas i spełniają warunek klucza, w którym najmniejszy lub największy element znajduje się w węźle głównym, w zależności od tego, czy jest to Min czy Max sterty.
Zalety i wady sterty
Zalety
– Możliwość globalnego dostępu do zmiennych
– Sterty przydają się do znajdowania największych i najmniejszych liczb
– Sterty są niezwykle elastyczne i można je usuwać lub przydzielać w dowolnej kolejności
Wady
– Sterty wymagają znacznie więcej czasu wykonania niż stosy
– Czas obliczeń wymaganych przez sterty jest zazwyczaj dłuższy
– Zarządzanie pamięcią może być dość trudne w przypadku sterty. Powodem tego jest fakt, że sterta jest używana na całym świecie.
Zastosowania struktury danych sterty
Sterty są niezwykle wydajne, jeśli chodzi o znajdowanie maksymalnego lub minimalnego elementu w tablicach. Są one również przydatne w algorytmach selekcji i statystykach. Złożoność czasowa użycia sterty do uzyskania wartości maksymalnej lub minimalnej wynosi O(1)O(1).
Programiści projektują kolejki priorytetowe w oparciu o struktury sterty. Wstawianie i usuwanie każdego elementu znajdującego się w kolejce priorytetowej z maksymalną wydajnością zajmuje około O(log(n))O(log(n)).
Kolejki priorytetowe (implementowane na stercie) są często spotykane w takich algorytmach, jak np:
– Algorytm heapsort
– Algorytm Dijkstry
– Algorytm Prim’a
Podstawowe operacje na stercie
Poniżej wymieniono podstawowe operacje, których ludzie używają przy tworzeniu struktur danych sterty.
getMax(): Ta operacja pomaga zwrócić maksymalną wartość na stercie
size: Operacja size jest używana do zwracania rozmiaru sterty
extract: Operacja extract pomaga zwrócić wartość elementu, a następnie usunąć go ze sterty
delete: Usuń służy do usuwania elementów ze sterty
insert: To polecenie dodaje elementy do sterty i utrzymuje jej własność.
heapify: Heapify zmienia kolejność elementów sterty w celu zachowania jej właściwości.
Kroki do zbudowania maksymalnej sterty
Każdy element znajdujący się w stercie max ma tendencję do działania zgodnie z właściwością sterty max, co oznacza, że klucz węzła nadrzędnego jest większy niż klucz węzła podrzędnego za każdym razem. Wykonaj poniższe kroki, aby zbudować stertę max we właściwy sposób:
– Utwórz nowy węzeł w początkowym korzeniu skoku
– Nadaj mu wartość
– Po nadaniu wartości porównaj wartości węzła nadrzędnego i podrzędnego
– Jeśli wartość węzła nadrzędnego jest niższa niż dziecka, zamień je miejscami
– Powtarzaj tę czynność, aż największy element osiągnie węzeł nadrzędny korzenia
Powyższe kroki można również wykonać podczas włączania nowych elementów do sterty. Pamiętaj, że niezależnie od rodzaju operacji wykonywanych na stercie, zachowanie własności sterty jest bardzo ważne.
Kroki usuwania węzłów w stercie Max
Poniższe kroki pomogą Ci skutecznie usunąć lub usunąć węzły sterty:
– Weź ostatni węzeł potomny i przenieś go na ostatni poziom korzenia
– Porównaj węzły dzieci i węzły nadrzędne
– Jeśli wartość węzła rodzica jest niższa niż wartość węzłów jego dziecka, najlepiej je zamienić, a następnie powtarzać ten proces aż do wyczerpania sterty.
Jak już wcześniej wspomniano, należy zapoznać się z różnymi strukturami danych i zrozumieć, w jaki sposób najlepiej podchodzić do złożonych pytań związanych z kodowaniem. Pomoże to również w zrozumieniu implementacji min i max sterty, co pozwoli na bezproblemowe korzystanie z niej.
Kroki tworzenia sterty min
Elementy znajdujące się w stercie min zachowują się zgodnie z właściwościami sterty min, która znacznie różni się od sterty max. Pamiętaj, że klucz węzła nadrzędnego jest zawsze mniejszy niż klucz węzła podrzędnego. Poniższe kroki pomogą Ci utworzyć minizwał:
– Utwórz nowy węzeł-dziecko na najniższym poziomie, który jest końcem sterty
– Umieść nowy klucz w węźle
– Zacznij przesuwać węzeł podrzędny w górę, upewniając się, że spełnione są wszystkie właściwości sterty, gdy osiągniesz węzeł główny
Kroki usuwania węzła Rood w stercie Min
– Po prostu usuń węzeł główny
– Przenieś klucz ostatniego dziecka do węzła głównego
– Wykonaj analizę porównawczą między węzłem a jego dziećmi
– Jeśli wartość węzła nadrzędnego jest wyższa niż wartość węzłów potomnych, zamień je miejscami, a następnie powtarzaj tę czynność aż do uzyskania odpowiedniej właściwości sterty
Dlaczego hałdy są ważne
Zrozumienie, jak działa implementacja sterty min i max, jest dobre, ale musisz także poznać powód, dla którego sterty są tak ważne. Po pierwsze, programiści używają sterty w systemach operacyjnych do planowania zadań, aby zapewnić pracodawcom możliwość dzwonienia do ludzi zgodnie z ich priorytetem. Sterty można również znaleźć w różnych algorytmach sortowania sterty, służących do implementacji kolejek priorytetowych. Algorytm Dijkstry również wykorzystuje stertę do wyznaczania krótkich ścieżek.
