堆排序

博学,切问,近思--詹子知 (http://blog.csdn.net/zhiqiangzhan) 

1991年计算机先驱奖获得者、斯坦福大学计算机科学系教授罗伯特·弗洛伊德(Robert WFloyd)和威廉姆斯(JWilliams)1964年共同发明了著名的堆排序算法( Heap Sort )

n个关键字序列KlK2Kn称为(Heap),当且仅当该序列满足如下性质(简称为堆性质)

(1) Ki <= K2iKi <= K2i+1

(2) Ki >= K2iKI >= K2i+1 (1≤i≤ n)

若将此序列所存储的向量R[1..n]看做是一棵完全二叉树的存储结构,则堆实质上是满足如下性质的完全二叉树:树中任一非叶结点的关键字均不大于(或不小于)其左右孩子(若存在)结点的关键字。

大根堆和小根堆的根结点(亦称为堆顶)的关键字是堆里所有结点关键字中最小者的堆称为小根堆,又称最小堆. 根结点(亦称为堆顶)的关键字是堆里所有结点关键字中最大者,称为大根堆又称最大堆. 注意: 堆中任一子树亦是堆. 以上讨论的堆实际上是二叉堆(Binary Heap),类似地可定义k叉堆。

堆排序(HeapSort)是一树形选择排序。堆排序的特点是:在排序过程中,将R[l..n]看成是一棵完全二叉树的顺序存储结构,利用完全二叉树中双亲结点和孩子结点之间的内在关系(参见二叉树的顺序存储结构),在当前无序区中选择关键字最大(或最小)的记录。

直接选择排序中,为了从R[1..n]中选出关键字最小的记录,必须进行n-1次比较,然后在R[2..n]中选出关键字最小的记录,又需要做n-2次比较。事实上,后面的n-2次比较中,有许多比较可能在前面的n-1次比较中已经做过,但由于前一趟排序时未保留这些比较结果,所以后一趟排序时又重复执行了这些比较操作。

堆排序可通过树形结构保存部分比较结果,可减少比较次数。

     

实现一个数从小到大排序,既可以使用大根堆,也可以使用小根堆。

 

 

 

//定义元素关系:下表从0开始。

inline int parent(int i){return (i - 1) / 2;}

inline int left(int i){ return 2 * i + 1;}

inline int right(int i){return 2 * i + 2;}

 

void adjust(int a[], int i, int n){

       int j, k;

       k = a[i];

       j = left(i);

       while(j < n){

              if(j < n - 1){

                     if(a[j + 1] > a[j]){

j++;

}

//调整为小根堆,只需把条件换为a[j + 1] < a[j]

              }

              if(k < a[j]){

                     a[parent(j)] = a[j];

                     //找出最大的子元素,放到父节点。

                     j = left(j);

              }else{

                     break;

              }                  

       }    

       a[parent(j)] = k;    

}

 

 

//基于大根堆的排序策略。

void sort1(int a[], int n){

       int i, t;

       //建堆。

       for(i = parent(n - 1); i >= 0; i--){

              adjust(a, i, n);

       }

       for(i = n - 1; i > 0; i--){

              //无序区[0, i],有序区[i+1, n-1];

              t = a[i];

              a[i] = a[0];

              a[0] = t;

              //交换后,无序区[0, i-1],有序区[i, n-1],调整无序区[0i-1]为堆。

              adjust(a, 0, i);

       }

}

 

//基于小根堆的排序策略。

void sort2(int a[], int n){

    int i, t;

    //建堆。

       for(i = parent(n - 1); i >= 0; i--){

              adjust(a, i, n);

       }

    for(i = 1; i < n; i++){

       adjust(++a, 0, n - i);

    }

}

 

堆排序是不稳定排序,平均时间复杂度和最坏时间复杂度都是O(nlogn).

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