选择排序(2)——堆排序(heap sort)
前期概念:
二叉树 完全二叉树 左序遍历 中序遍历 右序遍历 堆 小根堆 大根堆
堆排序(Heapsort)是指利用堆积树(堆)这种数据结构所设计的一种排序算法,它是选择排序的一种。可以利用数组的特点快速定位指定索引的元素。堆分为大根堆和小根堆,是完全二叉树。大根堆的要求是每个节点的值都不大于其父节点的值,即A[PARENT[i]] >= A[i]。在数组的非降序排序中,需要使用的就是大根堆,因为根据大根堆的要求可知,最大的值一定在堆顶。
Heapify (A, i)
l← left [i]
r← right [i]
if l ≤ heap-size [A] and A[l] > A[i]
then largest ← l
else largest ← i
if r ≤ heap-size [A] and A[i] > A[largest]
then largest ← r
if largest ≠ i
then exchange A[i] ↔ A[largest]
Heapify (A, largest)
堆的概念
在介绍堆排序之前,首先需要说明一下,堆是个什么玩意儿。
堆是一棵顺序存储的完全二叉树。
其中每个结点的关键字都不大于其孩子结点的关键字,这样的堆称为小根堆。
其中每个结点的关键字都不小于其孩子结点的关键字,这样的堆称为大根堆。
举例来说,对于n个元素的序列{R0, R1, ... , Rn}当且仅当满足下列关系之一时,称之为堆:
(1) Ri <= R2i+1 且 Ri <= R2i+2 (小根堆)
(2) Ri >= R2i+1 且 Ri >= R2i+2 (大根堆)
其中i=1,2,…,n/2向下取整;
要点:
首先,按堆的定义将数组R[0..n]调整为堆(这个过程称为创建初始堆),交换R[0]和R[n];
然后,将R[0..n-1]调整为堆,交换R[0]和R[n-1];
如此反复,直到交换了R[0]和R[1]为止。
以上思想可归纳为两个操作:
(1)根据初始数组去构造初始堆(构建一个完全二叉树,保证所有的父结点都比它的孩子结点数值大)。
(2)每次交换第一个和最后一个元素,输出最后一个元素(最大值),然后把剩下元素重新调整为大根堆。
当输出完最后一个元素后,这个数组已经是按照从小到大的顺序排列了。
先通过详细的实例图来看一下,如何构建初始堆。
—————————————————————————————————————————————————————
//代码
public class HeapSort {
private static int[] sort = new int[] { 1, 0, 10, 20, 3, 5, 6, 4, 9, 8, 12, 17, 34, 11 };
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Before sort: " + Arrays.toString(sort));
// 没有子节点的才需要创建最大堆,从最后一个的父节点开始
int startIndex = ((sort.length - 1) - 1) >> 1;
// 从尾端开始创建最大堆,每次都是正确的堆
for (int i = startIndex; i >= 0; i--) {
maxHeapify(sort, sort.length, i);
}
// 排序,最大值放在末尾,data虽然是最大堆,在排序后就成了递增的
// 末尾与头交换,交换后调整最大堆
for (int i = sort.length - 1; i > 0; i--) {
int temp = sort[0];
sort[0] = sort[i];
sort[i] = temp;
maxHeapify(sort, i, 0);
}
System.out.println("After Heapsort : " + Arrays.toString(sort));
}
/**
创建最大堆
*/
private static void maxHeapify(int[] data, int heapSize, int index) {
// 当前点与左右子节点比较
int left = (index << 1) + 1;
int right = (index << 1) + 2;int largest = index;
if (left < heapSize && data[index] < data[left]) {
largest = left;
}
if (right < heapSize && data[largest] < data[right]) {
largest = right;
}
// 得到最大值后可能需要交换,如果交换了,其子节点可能就不是最大堆了,需要重新调整
if (largest != index) {
int temp = data[index];
data[index] = data[largest];
data[largest] = temp;
maxHeapify(data, heapSize, largest);
}
}
}
//// end
备注:
参考链接地址:https://wenku.baidu.com/view/af5705ea856a561252d36f71.html
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