小顶堆在Java中的一种优雅实现

 今天探索TopK问题的时候取得的阶段性成果，记录下来以供翻阅。

/**
 * 小顶堆/最小堆实现
 * 
 * @author stephenshen
 *
 */
public class MinHeap {
	// 堆得存储结构：数组
	private int[] data;

	/**
	 * 构造方法：传入一个数组，并转换为一个最小堆
	 * 
	 * @param data
	 */
	public MinHeap(int[] data) {
		this.data = data;
		buildHeap();
	}

	/**
	 * 将数组转化为最小堆
	 */
	private void buildHeap() {
		//完全二叉树只有数组下标小于或等于 (data.length) / 2 - 1 的元素有孩子结点，遍历这些结点。
		//比如上面的图中，数组有10个元素， (data.length) / 2 - 1的值为4，a[4]有孩子结点，但a[5]没有
		//即，从下自上开始堆化（从最下层非叶子节点开始）
		for (int i = (data.length) / 2 - 1; i >= 0; i--) {
			heapify(i);
		}
	}

	/**
	 * 从当前节点开始堆化
	 * 
	 * @param i
	 */
	private void heapify(int i) {
		// 获取左右节点数组下标
		int l = left(i);
		int r = right(i);

		// 假定的当前节点、左子节点、右子节点中 最小值的下标
		int smallest = i;

		// 存在左子节点，且左子节点的值小于当前节点的值
		if (l < data.length && data[l] < data[i])
			smallest = l;

		// 存在右子节点，且右子节点的值小于当前节点的值
		if (r < data.length && data[r] < data[i])
			smallest = r;

		// 左右结点的值都大于根节点，直接return
		if (i == smallest)
			return;

		// 将最小值与当前节点互换位置
		swap(i, smallest);

		// 从之前最小值节点位置重新堆化
		heapify(smallest);
	}

	/**
	 * 获取右节点的数组下标
	 * 
	 * @param i
	 * @return
	 */
	private int right(int i) {
		return (i + 1) << 1;
	}

	/**
	 * 获取左节点的数组下标
	 * 
	 * @param i
	 * @return
	 */
	private int left(int i) {
		return ((i + 1) << 1) - 1;
	}

	/**
	 * 交换元素位置
	 * 
	 * @param i
	 * @param j
	 */
	private void swap(int i, int j) {
		int tmp = data[i];
		data[i] = data[j];
		data[j] = tmp;
	}

	/**
	 * 获取堆中最小元素，即根元素
	 * 
	 * @return
	 */
	public int getRoot() {
		return data[0];
	}

	/**
	 * 替换根元素，并重新heapify
	 * 
	 * @param root
	 */
	public void setRoot(int root) {
		data[0] = root;
		heapify(0);
	}
}