資料結構與演算法16 堆排序

2021-09-26 09:35:31 字數 2776 閱讀 8877

毫無疑問,排序兩個字沒必要去死磕,這裡的重點,在於排序的方式,堆排序,就是以堆的形式去排序,毫無疑問,了解堆很重要。

那麼,什麼是堆呢?

這裡,必須引入乙個完全二叉樹的概念,然後過渡到堆的概念。

上圖,就是乙個完全二叉樹,其特點在於:

從作為第一層的根開始,除了最後一層之外,第n層的元素個數都必須是2的n次方;第一層2個元素,第二層4個,第三層8個,以此類推。

而最後一行的元素,都要緊貼在左邊,換句話說,每一行的元素都從最左邊開始安放,兩個元素之間不能有空閒,具備了這兩個特點的樹,就是一棵完全二叉樹。

那麼,完全二叉樹與堆有什麼關係呢?

我們假設有一棵完全二叉樹,在滿足作為完全二叉樹的基礎上,對於任意乙個擁有父節點的子節點,其數值均不小於父節點的值;這樣層層遞推,就是根節點的值最小,這樣的樹,稱為小根堆。

同理,又有一棵完全二叉樹,對於任意乙個子節點來說,均不大於其父節點的值,如此遞推,就是根節點的值是最大的,這樣的數,稱為大根堆。

如上圖,左邊就是大根堆;右邊則是小根堆,這裡必須要注意一點,只要求子節點與父節點的關係,兩個節點的大小關係與其左右位置沒有任何關係。

明確下大根堆,小根堆的概念,繼續說堆排序。

現在對於堆排序來說,我們先要做的是,把待排序的一堆無序的數,整理成乙個大根堆,或者小根堆,下面討論以大根堆為例子。

給定乙個列表array=[16,7,3,20,17,8],對其進行堆排序(使用大根堆)。

步驟一 構造初始堆。將給定無序序列構造成乙個大頂堆(一般公升序採用大頂堆,降序採用小頂堆)。

假設給定無序序列結構如下

此時我們從最後乙個非葉子結點開始(葉結點自然不用調整,第乙個非葉子結點 arr.length/2-1=5/2-1=1,也就是下面的6結點),從左至右,從下至上進行調整。

此處必須注意,我們把6和9比較交換之後,必須考量9這個節點對於其子節點會不會產生任何影響?因為其是葉子節點,所以不加考慮;但是,一定要熟練這種思維,寫**的時候就比較容易理解為什麼會出現一次非常重要的交換了。

找到第二個非葉節點4,由於[4,9,8]中9元素最大,4和9交換。

在真正**的實現中,這時候4和9交換過後,必須考慮9所在的這個節點位置,因為其上的值變了,必須判斷對其的兩個子節點是否造成了影響,這麼說不合適,實際上就是判斷其作為根節點的那棵子樹,是否還滿足大根堆的原則,每一次交換,都必須要迴圈把子樹部分判別清楚。

這時,交換導致了子根[4,5,6]結構混亂,繼續調整,[4,5,6]中6最大,交換4和6。

牢記上面說的規則,每次交換都要把改變了的那個節點所在的樹重新判定一下,這裡就用上了,4和9交換了,變動了的那棵子樹就必須重新調整,一直調整到符合大根堆的規則為截。

此時,我們就將乙個無序序列構造成了乙個大頂堆。

步驟二 將堆頂元素與末尾元素進行交換,使末尾元素最大。然後繼續調整堆,再將堆頂元素與末尾元素交換,得到第二大元素。如此反覆進行交換、重建、交換。

將堆頂元素9和末尾元素4進行交換

這裡,必須說明一下,所謂的交換,實際上就是把最大值從樹裡面拿掉了,剩下參與到排序的樹,其實只有總結點的個數減去拿掉的節點個數了。所以圖中用的是虛線。

重新調整結構,使其繼續滿足堆定義

再將堆頂元素8與末尾元素5進行交換,得到第二大元素8

後續過程,繼續進行調整,交換,如此反覆進行,最終使得整個序列有序

#include //交換值

void swap( int *i, int *j )

//堆排序

void heapadjust( int array, int i, int len )

else

swap( &array[i],&array[j]);

i = j;

j = 2*i+1;

}}void makeheap( int array,int n )

}void heapsort( int array, int len )

}void main()

; heapsort(a,9);

printf("排序後的結果是:");

for( i=0; i<9; i++ )

printf("\n");

}

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