小序:什么是堆?
先了解一下什么是堆,堆是计算机科学中的一种特别的树状数据结构,堆总是一棵完全二叉树,它总是满足下列性质:
性质1:堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值;
性质2:堆总是一棵完全二叉树。
堆的特征就是:给定堆中任意节点P和C,若P是C的母节点,那么P的值会小于等于(或大于等于) C 的值”。将根节点最大的堆叫做最大堆、大顶堆或大根堆,根节点最小的堆叫做最小堆、小顶堆或小根堆,如下图:。常见的堆有二叉堆、斐波那契堆等。
同时,我们对以上堆的这种逻辑结构映射到数组中就是下面这个样子:
我们用简单的公式定义一下大顶堆和小顶堆:
大顶堆:a[I] >= a[2i+1] && a[I] >= a[2i+2]
小顶堆:a[I] <= a[2i+1] && a[I] <= a[2i+2]
堆排序的思路?
首先我们先将数组序列构造成一个大顶堆,此时,整个序列的最大值就是堆顶的根节点。将其与末尾元素进行交换,此时末尾就为最大值。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,便能得到一个有序序列了。
堆排序
基于上面对堆的了解,相信你对堆排序会有了更好的认识。堆排序(Heapsort)是指利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。堆积是一个近似完全二叉树的结构,并同时满足堆积的性质:即子结点的键值或索引总是小于(或者大于)它的父节点。堆排序可以说是一种利用堆的概念来排序的选择排序。分为两种方法:
大顶堆:每个节点的值都大于或等于其子节点的值,在堆排序算法中用于升序排列;
小顶堆:每个节点的值都小于或等于其子节点的值,在堆排序算法中用于降序排列;
堆排序的平均时间复杂度为 Ο(nlogn)。
1. 算法步骤
a、创建一个堆 H[0……n-1];
b、把堆首(最大值)和堆尾互换;
c、把堆的尺寸缩小 1,并调用 shift_down(0),目的是把新的数组顶端数据调整到相应位置;
d、重复步骤 2,直到堆的尺寸为 1。
2. 动图演示
3. 代码实现