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堆排序

 
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while(true){

看书;

练习;

总结;

}

在学校的日子没啥事做,最近在学习算法导论,记录一下学习的过程。

 

堆排序是一种排序算法,其时间负责度是 o(n * lg n)

 

1.什么是堆?

堆可以被视为一颗完全二叉树,即除了最后一层可能不是满的,其余各层应该都是满的。如图:

一般情况下可以用一个数组表示

{16,14,10,8,7,9,3,2,4,1}

可以发现如下关系,假设某个节点为i则

PARENT(i) =    i / 2 向下取整   //父节点坐标

LEFT(i)      =  2i                     //左子节点坐标

RIGHT(i)    =  2i+1                //右子节点坐标

最大堆的定义有两种,我们这里用最大堆,即堆中所有元素除了根节点外满足条件:

A[PARENT(i)] >= A[i]         //当前节点小于父节点

能保证root根节点是堆中最大的节点。

 

1.保持堆的性质

伪代码如下:

MAX-HEAPIFY(A,i)//A表示存储该堆的数组,i表示以i为根的子树

 

l = LEFT(i);       //获取i的左子节点,如果大于堆大小则返回null
r = RIGHT(i);    //获取i的右子节点,同上
if l !=null && A[l] > A[i]     //查找i和i的左右子节点中最大的值
    largest = l
else
    largest = i
end
if r != null && A[r] > A[largest]
    largest = r
end

if largest != i     //需要交换顺序
    swap A[i] A[largest]
    MAX-HEAPIFY(A,largest)  //递归调用,保证交换后依旧能维持最大堆的性质
end
 

用数组来举个栗子MAX-HEAPIFY(A,2)

{16,  4,10,14,7,9,3,2,8,1}

{16,14,10,  4,7,9,3,2,8,1}

{16,14,10,  8,7,9,3,2,4,1}

 

2.建堆

建堆只要对所有的非叶子节点循环调用MAX-HEAPIFY就可以保障最后生成的是一个最大堆

BUILD-MAX-HEAPIFY(A)

int heapSize = A.length //获得数组A(堆)的长度

cycleCount = heapSize / 2        //获得第一个有叶子节点的节点。

for cycleCount downTo 1{
    MAX-HEAPIFY(A, cycleCount)
}

 

3.堆排序算法

因为根节点始终是堆中最大的元素,所以我们每次将root元素取出和数组最后元素交换,并保障新的数组依旧为一个最大堆即可,伪代码如下

HEAP-SORT(A)

    BUILD-MAX-HEAP(A)
    heapSize = A.length
    for i = A.length to 2
        swap A[i] A[1]                            //将root与尾元素交换
        heapSize = heapSize-1              //减少堆大小,此时数组的后面是已排序的
        MAX-HEAPIFY(A,1)                      //因为将尾元素换到了root处,所以要从新保持最大堆的性质
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