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前言
概述
源码:
主函数:
运行结果:
其他
前言
哈哈,这个堆排序算法很久之前就已经敲过一遍了,时间一久,思路有点淡忘。今天重新看过一遍之后,又亲自撸代码,幸运的是,代码运行一次就成功了,没有任何逻辑错误而且结果也达到了预期效果。
在最后,与大家共勉:你所走的每一步路,都算数。
概述
堆排序(Heap Sort)是一种基于比较的排序算法,使用二叉堆(Binary Heap)数据结构来帮助实现其排序过程。二叉堆可以被视为一颗完全二叉树,其中每个节点的值都不大于(或不小于)其子节点的值,这样的二叉堆分别称为最大堆(Max Heap)和最小堆(Min Heap)。堆排序主要包括两个步骤:建堆(构造初始堆)和调整堆。
1. 建堆(构造初始堆)
首先,将待排序的序列构造成一个最大堆,即所有父节点的值都大于或等于子节点的值。这一步的目的是选出最大的元素(位于根节点),准备将它与序列的末尾元素交换。
建堆的过程从最后一个非叶子节点开始,向前逐个对每个父节点进行调整,确保每个父节点的值都大于其子节点的值。最后一个非叶子节点的位置可以通过序列长度计算得出,设序列长度为n,则最后一个非叶子节点的位置是n/2 - 1
(假定序列的起始索引为0)。
2. 调整堆
将最大堆的根节点(即当前最大值)与最后一个元素交换,然后减少堆的大小,对新的根节点执行下沉操作,以重新满足最大堆的性质。重复这个过程,直到堆的大小为1,排序完成。
下沉操作指的是将新的根节点值与其子节点中较大者交换,直到该节点值大于其子节点或已经到达叶子节点。
堆排序的算法步骤
- 建立最大堆:从最后一个非叶子节点开始,向上进行调整,确保每个父节点都大于其子节点。
- 排序:
- 将根节点(最大值)与最后一个元素交换,此时序列的最后部分已经是排序好的。
- 减少堆的大小(排除已排序的部分),对新的根节点进行下沉操作,以维护最大堆的性质。
- 重复上述过程,直到堆的大小为1。
时间复杂度
- 最好、最坏、平均情况下的时间复杂度均为O(n log n)。
- 堆排序的空间复杂度为O(1),因为它是原地排序算法。
特点
- 不稳定排序:相同的元素可能会因为堆调整过程而改变其相对位置。
- 原地排序:不需要额外的存储空间。
堆排序是一种高效的排序算法,尤其适用于数据量大的情况。由于其在最坏情况下也能保持O(n log n)的时间复杂度,因此是一种非常可靠的排序方法。
源码:
void heapAdjust(int* dest, unsigned int dataCnt)
{
unsigned int head = dataCnt;
head /= 2;
if (head * 2 + 1 == dataCnt)
{
if (*(dest + head * 2) > *(dest + head * 2 - 1))
{
if (*(dest + head - 1) > *(dest + head * 2 - 1))
{
swap(*(dest + head - 1), *(dest + head * 2 - 1));
}
}
else if (*(dest + head - 1) > *(dest + head * 2))
{
swap(*(dest + head - 1), *(dest + head * 2));
}
}
else{
if (*(dest + head -1) > *(dest + head * 2 - 1))
{
swap(*(dest + head - 1), *(dest + head * 2-1));
}
}
for (int i = dataCnt/2-1; i > 0; --i)
{
head = i;
if (*(dest + head * 2) > *(dest + head * 2 - 1))
{
if (*(dest + head - 1) > *(dest + head * 2 - 1))
{
swap(*(dest + head - 1), *(dest + head * 2 - 1));
}
}
else if (*(dest + head - 1) > *(dest + head * 2))
{
swap(*(dest + head - 1), *(dest + head * 2));
}
}
}
void sortByHeapSort(int* dest, const unsigned int dataCnt)
{
for (int i = 0; i < dataCnt; ++i)
{
heapAdjust(dest + i, dataCnt - i);
}
}
主函数:
#include<stdio.h>
#include<iostream>
using namespace std;
#include"dataStructAPI.h"
#include"sort.h"
#include<windows.h>
int main()
{int array[16] = { 0 };
numberProducer.getFilledArray(array,16);
cout << " 原 始 数 据 :";
numberProducer.showArray(array,16);
sortByHeapSort(array, 16);
cout << " 堆 排 序 后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);
sortBySelectSort(array, 16);
cout << "选 择 排 序 后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);sortByQuickSort(array, 16);
cout << "快 速 排 序 后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);sortByBubbleSort(array, 16);
cout << "冒 泡 排 序 后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);sortByShellInsert(array, 16, 3);
cout << "希尔插入排序后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);sortByBinarySearchInsert(array, 16);
cout << "折半插入排序后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);sortByDirectInsert(array, 16);
cout << "直接插入排序后 :";
numberProducer.showArray(array, 16);
system("pause");
return 0;
}
运行结果:
其他
数据结构第一天(生成1000以内的随机数自动填充数组)
数据结构第二天(直接插入排序/内存申请/指针操作)
数据结构第三天(折半插入排序)
数据结构第四天(希尔排序)
数据结构第五天(冒泡排序)
数据结构第六天(快速排序)
数据结构第七天(简单选择排序)
数据结构第八天(归并排序)