在 JavaScript 中使用最小和最大堆管理流資料：數位運動員健康技術視角

資料管理在健康科技中至關重要。無論是追蹤運動員的表現指標還是監控運動員的恢復時間，有效地組織數據都可以對洞察的獲取方式產生重大影響。在這種情況下管理資料的強大工具是堆，特別是最小堆和最大堆。在這篇文章中，我們將使用與運動員資料管理相關的實際範例，探索如何在 JavaScript 中實現和使用最小堆和最大堆。

什麼是堆？

堆是一種特殊的基於二元樹的資料結構，滿足堆屬性。在最小堆中，父節點總是小於或等於其子節點。相反，在最大堆中，父節點總是大於或等於其子節點。這使得堆對於從資料集中高效檢索最小值或最大值特別有用。

最小堆用例：追蹤恢復時間

想像一下您是臨床醫生，正在追蹤運動員運動後的恢復時間。您希望有效追蹤最短恢復時間，以便快速識別哪位運動員恢復最快。

創建最小堆

在 JavaScript 中，您可以使用陣列建立最小堆，並使用簡單的函數對其進行管理以維護堆屬性：

class MinHeap {
    constructor() {
        this.heap = [];
    }

    getMin() {
        return this.heap[0];
    }

    insert(value) {
        this.heap.push(value);
        this.bubbleUp();
    }

    bubbleUp() {
        let index = this.heap.length - 1;
        while (index > 0) {
            let parentIndex = Math.floor((index - 1) / 2);
            if (this.heap[parentIndex] <= this.heap[index]) break;
            [this.heap[parentIndex], this.heap[index]] = [this.heap[index], this.heap[parentIndex]];
            index = parentIndex;
        }
    }

    extractMin() {
        if (this.heap.length === 1) return this.heap.pop();
        const min = this.heap[0];
        this.heap[0] = this.heap.pop();
        this.bubbleDown();
        return min;
    }

    bubbleDown() {
        let index = 0;
        const length = this.heap.length;
        const element = this.heap[0];

        while (true) {
            let leftChildIndex = 2 * index + 1;
            let rightChildIndex = 2 * index + 2;
            let leftChild, rightChild;
            let swap = null;

            if (leftChildIndex < length) {
                leftChild = this.heap[leftChildIndex];
                if (leftChild < element) swap = leftChildIndex;
            }

            if (rightChildIndex < length) {
                rightChild = this.heap[rightChildIndex];
                if (
                    (swap === null && rightChild < element) ||
                    (swap !== null && rightChild < leftChild)
                ) {
                    swap = rightChildIndex;
                }
            }

            if (swap === null) break;
            [this.heap[index], this.heap[swap]] = [this.heap[swap], this.heap[index]];
            index = swap;
        }
    }
}

使用最小堆計算運動員恢復時間

現在，讓我們將其應用到我們的場景中：

const recoveryTimes = new MinHeap();
recoveryTimes.insert(10); // Athlete A
recoveryTimes.insert(7);  // Athlete B
recoveryTimes.insert(12); // Athlete C

console.log("Fastest recovery time:", recoveryTimes.getMin()); // Outputs: 7

在這裡，最小堆可以讓臨床醫生快速識別恢復時間最快的運動員，這對於在訓練期間做出即時決策至關重要。

最大堆用例：監控峰值效能指標

另一方面，最大堆非常適合需要追蹤最高值的場景，例如監控峰值效能指標，例如在劇烈鍛鍊期間達到的最大心率。

創建最大堆

最大堆的實現方式與最小堆類似，但需要一些調整：

class MaxHeap {
    constructor() {
        this.heap = [];
    }

    getMax() {
        return this.heap[0];
    }

    insert(value) {
        this.heap.push(value);
        this.bubbleUp();
    }

    bubbleUp() {
        let index = this.heap.length - 1;
        while (index > 0) {
            let parentIndex = Math.floor((index - 1) / 2);
            if (this.heap[parentIndex] >= this.heap[index]) break;
            [this.heap[parentIndex], this.heap[index]] = [this.heap[index], this.heap[parentIndex]];
            index = parentIndex;
        }
    }

    extractMax() {
        if (this.heap.length === 1) return this.heap.pop();
        const max = this.heap[0];
        this.heap[0] = this.heap.pop();
        this.bubbleDown();
        return max;
    }

    bubbleDown() {
        let index = 0;
        const length = this.heap.length;
        const element = this.heap[0];

        while (true) {
            let leftChildIndex = 2 * index + 1;
            let rightChildIndex = 2 * index + 2;
            let leftChild, rightChild;
            let swap = null;

            if (leftChildIndex < length) {
                leftChild = this.heap[leftChildIndex];
                if (leftChild > element) swap = leftChildIndex;
            }

            if (rightChildIndex < length) {
                rightChild = this.heap[rightChildIndex];
                if (
                    (swap === null && rightChild > element) ||
                    (swap !== null && rightChild > leftChild)
                ) {
                    swap = rightChildIndex;
                }
            }

            if (swap === null) break;
            [this.heap[index], this.heap[swap]] = [this.heap[swap], this.heap[index]];
            index = swap;
        }
    }
}

使用最大堆實現峰值心率

讓我們考慮如何使用最大堆來追蹤運動員在運動期間的峰值心率：

const heartRates = new MaxHeap();
heartRates.insert(150); // Athlete A
heartRates.insert(165); // Athlete B
heartRates.insert(160); // Athlete C

console.log("Peak heart rate:", heartRates.getMax()); // Outputs: 165

在這裡，最大堆確保臨床醫生可以快速識別達到最高心率的運動員，這可能表明需要進一步關注或冷卻。

其他基本堆疊操作

除了插入元素和檢索最小值或最大值之外，堆還支援其他基本操作，例如：

• 提取最小/最大：這會刪除堆的根（最小堆中的最小元素或最大堆中的最大元素）並重新平衡堆。
• Heapify：將任意陣列轉換為堆，確保堆屬性得到維護。
• Peek：查看最小值或最大值，而不將其從堆中刪除。

這些操作對於高效管理和即時處理數據至關重要，使堆成為健康技術應用中的寶貴工具。

簡化 Python 和 JavaScript 中的堆疊操作

在Python中，heapq模組提供了一種使用清單來管理最小堆的簡單有效的方法。這是一個例子：

import heapq

# Create an empty list to represent the heap
recovery_times = []

# Add elements to the heap
heapq.heappush(recovery_times, 10)  # Athlete A
heapq.heappush(recovery_times, 7)   # Athlete B
heapq.heappush(recovery_times, 12)  # Athlete C

# Retrieve the smallest element (fastest recovery time)
fastest_recovery_time = heapq.heappop(recovery_times)
print(f"Fastest recovery time: {fastest_recovery_time}")  # Outputs: 7

對於 JavaScript，雖然沒有內建的堆疊模組，但您可以使用 @datastructs-js/priority-queue 等第三方函式庫來實現類似的功能：

// First, you would need to install the @datastructures-js/priority-queue library using npm:
// npm install @datastructures-js/priority-queue

const { MinPriorityQueue } = require('@datastructures-js/priority-queue');

// Create a new min heap
const minHeap = new MinPriorityQueue();

// Add elements to the heap
minHeap.enqueue(10); // Athlete A
minHeap.enqueue(7);  // Athlete B
minHeap.enqueue(12); // Athlete C

// Retrieve the smallest element
const fastestRecoveryTime = minHeap.dequeue().element;
console.log("Fastest recovery time:", fastestRecoveryTime); // Outputs: 7

透過利用這些工具，您可以專注於應用程式的關鍵方面，例如分析運動員數據，而不必陷入堆疊實現的細節。

在 JavaScript 中有效率地檢索數據

堆，特別是最小堆和最大堆，是在 JavaScript 中有效管理和檢索關鍵資料的強大工具。無論您是追蹤恢復時間還是監控峰值效能指標，這些結構都可以幫助臨床醫生和健康技術專業人員快速做出明智的決策。透過理解和實施堆，您可以確保運動員數據井井有條、可訪問，並可在最重要的時候進行分析。

透過在健康科技應用程式中使用堆，您將能夠以支持運動員獲得更好結果的方式處理數據，提供優化表現和恢復所需的見解。

以上是在 JavaScript 中使用最小和最大堆管理流資料：數位運動員健康技術視角的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！