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堆排序(Java语言实现)

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发布2022-11-18 17:01:52
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1、堆排序基本介绍

1)堆排序是利用堆这种数据结构而设计的一种排序算法,堆排序是一种选择排序,它的最坏,最好,平均时间复杂度均为O(nlogn),它也是不稳定排序。 2)堆是具有以下性质的完全二叉树,每个节点的值都大于或者等于其左右孩子节点的值,称为大顶堆,并没有要求结点的左孩子的值和右孩子的值的大小关系。 3)每个节点的值都小于或等于其左右孩子节点的值,称为小顶堆。 4)大顶堆举例:

5)小顶堆举例:

一般升序采用大顶堆,降序采用小顶堆

2、堆排序基本思想

1)将待排序序列构造成一个大顶堆 2)此时,整个序列的最大值就是堆顶的根节点。 3)将其与末尾元素进行交换,此时末尾就为最大值。 4)然后将剩余n-1个元素重新构造成一个堆,这样会得到n个元素的次小值。如此反复执行,使能得到一个有序序列了。 在构建大顶堆的过程中,元素的个数逐渐减少

3、堆排序图解

步骤一:构造初始堆。将给定无序序列构造成一个大顶堆(一般升序采用大顶堆,降序采用小顶堆)

1)、初始数组 [4,6,8,5,9]

2)此时我们从最后一个非叶子节点开始(叶子节点不用调整,第一个非叶子节点arr.length/2-1 = 1,也就是下面的6节点),从左至右,从下至上进行调整。

3)、找到第二个非叶子节点4,由于[4,8,9]中9最大,4和9交换

4)这时,交换导致了子根[4,5,6]结构混乱,继续调整,[4,5,6]中6最大,交换4和6。

此时我们就将一个无序序列构造成了一个大顶堆。

步骤二:将堆顶元素与末尾元素进行交换,使末尾元素最大。然后继续调整堆,再将堆顶元素与末尾元素交换,得到第二大元素,如此反复进行交换,重建,交换。

1)将堆顶元素9和末尾元素4进行交换

2)重新调整结构,使其继续满足堆定义

3)再将堆顶元素8与末尾元素5进行交换,得到第二大元素8

4)后续过程,继续进行调整,交换,如此反复进行,最终使得整个序列有序

4、堆排序(算法)代码实现

代码语言:javascript
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 public static void heapSort(int[] arr) {
        int temp = 0;
        //将无序序列构建成一个堆,根据升序降序需求选择大顶堆或小顶堆
        for (int i = arr.length / 2 - 1; i >= 0; i--) {
            adjustHeap(arr,i,arr.length);
        }
        //将堆顶元素与末尾元素交换。将最大的元素沉到数组末端
        for (int j = arr.length-1; j > 0; j--) {
            temp = arr[j];
            arr[j] = arr[0];
            arr[0] = temp;
            //重新调整结构,使其满足堆定义,然后继续交换堆顶元素与当前末尾元素,反复执行调整+交换步骤,直到整个序列有序
            adjustHeap(arr,0,j);
        }
    }

    /** 将一个数组(二叉树)调整成一个大顶堆
     * 功能:完成将以i对应的非叶子节点的树调整成大顶堆
     * @param arr 待调整的数组
     * @param i 表示非叶子节点在数组中的索引
     * @param length 表示对多少个元素继续调整,length是在逐渐的减少
     */
    public static void adjustHeap(int[] arr,int i, int length) {
        int temp = arr[i]; //取出当前元素的值保存在临时变量
        //k = 2 * i + 1是i节点的左子节点
        for (int k = 2 * i + 1; k < length; k = 2 * k + 1) {
            if(k + 1 < length && arr[k] < arr[k + 1]) { //说明左子节点的值小于右子节点的值
                k++; //k指向右子节点
            }
            if(arr[k] > temp) { //如果子节点大于父节点
                arr[i] = arr[k]; //把较大的值赋给当前节点
                i = k; //i指向k继续比较
            } else {
                break;
            }
        }
        //当for循环结束后,我们已经将以i为父节点的树的最大值,放在了最顶(局部)
        arr[i] = temp; //将temp的值放到调整后的位置
    }

5、总结堆排序的基本思路

①、将无序序列构建成一个堆,根据升序降序需求选择大顶堆或小顶堆; ②、将堆顶元素与末尾元素进行交换,将最大元素“沉”到数组末端; ③、重新调整结构,使其满足堆定义,然后继续交换堆顶元素与当前末尾元素,反复执行调整+交换步骤,直到整个序列有序。

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原始发表:2021-11-15,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 1、堆排序基本介绍
  • 2、堆排序基本思想
  • 3、堆排序图解
    • 步骤一:构造初始堆。将给定无序序列构造成一个大顶堆(一般升序采用大顶堆,降序采用小顶堆)
    • 步骤二:将堆顶元素与末尾元素进行交换,使末尾元素最大。然后继续调整堆,再将堆顶元素与末尾元素交换,得到第二大元素,如此反复进行交换,重建,交换。
  • 4、堆排序(算法)代码实现
  • 5、总结堆排序的基本思路
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