堆排序就这么简单

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

前面我已经有二叉树入门的文章了,当时讲解的是二叉查找树,那上面所说的完全二叉树是怎么样的一种二叉树呢??还有满二叉树又是怎么的一种二叉树呢??甚至还有完满二叉树??

完全二叉树: 除了最后一层之外的其他每一层都被完全填充,并且所有结点都保持向左对齐

满二叉树:除了叶子结点之外的每一个结点都有两个孩子,每一层(当然包含最后一层)都被完全填充

完满二叉树:除了叶子结点之外的每一个结点都有两个孩子结点。

下面用图来说话:

完全二叉树(Complete Binary Tree):

堆排序就这么简单

满二叉树(Perfect Binary Tree):

堆排序就这么简单

完满二叉树(Full Binary Tree):

堆排序就这么简单

参考资料:

简单来说:堆排序是将数据看成是完全二叉树、根据完全二叉树的特性来进行排序的一种算法

最大堆要求节点的元素都要不小于其孩子,最小堆要求节点元素都不大于其左右孩子

那么处于最大堆的根节点的元素一定是这个堆中的最大值

这里我们讨论最大堆:当前每个父节点都大于子节点

堆排序就这么简单

完全二叉树有个特性:左边子节点位置 = 当前父节点的两倍 + 1,右边子节点位置 = 当前父节点的两倍 + 2

堆排序就这么简单

二、堆排序体验

现在我们有一个完全二叉树:左子树和右子树都符合最大堆-->父>子

堆排序就这么简单

但是我们会发现:根元素所在的数并不符合,明显的是:1是小于7的

堆排序就这么简单

我们就对其进行交换,交换完之后我们会发现:右子树又不符合了

因为,右子树变成了这样:

堆排序就这么简单

最后,我们将右子数的最大值也交换到右子树的根元素上

堆排序就这么简单

于是我们第一次的建堆操作就完成了!

堆排序就这么简单

可以发现的是:一次堆建立完之后,我们的最大值就在了堆的根节点上

随后将堆顶最大值和数组最后的元素进行替换,我们就完成了一趟排序了。

堆排序就这么简单

接下来,剩下的数不断进行建堆,交换就可以完成我们的堆排序了

堆排序就这么简单

.........建堆,交换....建堆,交换...建堆,交换...建堆,交换..

三、堆排序代码实现

比较当前父节点是否大于子节点,如果大于就交换,直到一趟建堆完成

/** * 建堆 * * @param arrays 看作是完全二叉树 * @param currentRootNode 当前父节点位置 * @param size 节点总数 */ public static void heapify(int[] arrays, int currentRootNode, int size) { if (currentRootNode < size) { //左子树和右字数的位置 int left = 2 * currentRootNode + 1; int right = 2 * currentRootNode + 2; //把当前父节点位置看成是最大的 int max = currentRootNode; if (left < size) { //如果比当前根元素要大,记录它的位置 if (arrays[max] < arrays[left]) { max = left; } } if (right < size) { //如果比当前根元素要大,记录它的位置 if (arrays[max] < arrays[right]) { max = right; } } //如果最大的不是根元素位置,那么就交换 if (max != currentRootNode) { int temp = arrays[max]; arrays[max] = arrays[currentRootNode]; arrays[currentRootNode] = temp; //继续比较,直到完成一次建堆 heapify(arrays, max, arrays.length); } } }

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