带孩子玩积木时,你有没有发现,他们总喜欢把积木一块一块往上堆,高的、矮的、大的、小的,只要能放稳,什么形状都敢往上摞?其实,这种“堆”的方式,在计算机里也是一种重要的数据存储结构,叫作“堆”。虽然听起来很技术,但用生活中的例子讲给孩子听,也能轻松理解。
堆不是随便堆放,而是一种特殊的树形结构
在编程中,“堆”并不是指一堆乱七八糟的东西,而是一种特殊的完全二叉树结构。它看起来像一棵倒过来的树,最大的或最小的数据总是在最上面(也就是根节点)。这种结构特别适合用来快速找到最大值或最小值,比如在游戏中选出得分最高的人,或者在任务调度中优先处理紧急事项。
堆里能存哪些类型的数据?
堆可以存放各种可以比较大小的数据。比如整数、小数、字符串,甚至是自定义的对象,只要能判断谁大谁小就行。就像孩子搭积木时会挑大的放下面、小的放上面,堆也会根据规则自动调整位置。
举个例子,如果记录孩子每天的学习时间:
学习时间 = [30, 45, 20, 60, 50]
把这些数据放进一个“最大堆”,系统就会自动把60放在最上面,接下来是50、45……每次你想知道哪天学得最多,直接看堆顶就行,不用一个个翻记录。
堆也适合存任务优先级
家里有两个孩子,都想让你陪他们写作业,怎么办?可以给他们打个“优先级分”。比如哥哥作业明天交,妹妹的后天交,那哥哥的优先级就更高。这些任务就可以放进一个“最大堆”,优先级最高的自动排到前面。这其实就是操作系统里“优先队列”的原理。
再比如,周末安排家庭活动:逛公园、看电影、做手工。每项活动都有一个“兴趣值”,把这个值作为关键字放进堆里,就能自动排出最想做的活动顺序。
字符串和对象也能进堆
不只是数字,字符串也可以放进堆。比如按字母顺序排列孩子的名字:
名字列表 = ["小美", "小明", "小亮", "小芳"]
放进最小堆后,会按字典序自动排序,小芳可能就跑到最前面了。如果是比赛排名,每个孩子是一个对象,包含姓名和得分,只要定义好比较规则,堆一样能帮你快速找出第一名。
下次和孩子一起整理玩具时,不妨问问:“要是我们像电脑那样用‘堆’来整理,该把哪个先拿出来?”也许他会笑着把最大的恐龙放在最下面,说:“这是根节点!”