最小堆疊

最小堆(Min Heap)是一種特殊的堆(Heap)數據結構,它同時滿足堆的性質和二叉搜尋樹的性質。在最小堆中,根節點始終是整個樹中值最小的元素。最小堆通常用來實現優先佇列(Priority Queue),其中元素按照其關鍵值進行排序,並且可以快速地插入新元素和提取最小元素。

最小堆的插入操作可以在對數時間內完成,而刪除最小元素(或稱為「提取最小」)的操作也只需要對數時間。這種時間複雜度使得最小堆成為一種高效的數據結構,可以用來解決許多問題,例如排序、搜尋和優先級任務的處理。

最小堆可以分為大頂堆(Max Heap)和小頂堆(Min Heap),它們的區別在於堆頂元素的排序方式。在最小堆中,堆頂元素始終是最小的,而在最大堆中,堆頂元素則始終是最大的。

最小堆的實現通常使用二叉樹來表示,並且遵循以下規則:

  1. 父節點的關鍵值總是小於或等於其子節點的關鍵值。
  2. 左子樹和右子樹本身也是最小堆。

最小堆的插入操作通常涉及將新元素添加到堆的底部,然後通過「上浮」(updating)操作將其調整到合適的位置,以保持堆的性質。刪除最小元素則涉及刪除堆頂元素,並通過「下沉」(downward)操作將堆的底部元素上移來填補空缺,同時保持堆的性質。

最小堆是一種非常有用的數據結構,被廣泛應用於各種算法和數據處理任務中。