堆排序算法

时间:2024-03-08 07:02:01编辑:奇事君

堆排序怎么写

堆排序怎么写如下:(1)用大根堆排序的基本思想①先将初始文件R[1..n]建成一个大根堆,此堆为初始的无序区②再将关键字最大的记录R[1](即堆顶)和无序区的最后一个记录R[n]交换,由此得到新的无序区R[1..n-1]和有序区R[n],且满足R[1..n-1].keys≤R[n].key③由于交换后新的根R[1]可能违反堆性质,故应将当前无序区R[1..n-1]调整为堆。然后再次将R[1..n-1]中关键字最大的记录R[1]和该区间的最后一个记录R[n-1]交换,由此得到新的无序区R[1..n-2]和有序区R[n-1..n],且仍满足关系R[1..n-2].keys≤R[n-1..n].keys,同样要将R[1..n-2]调整为堆。……直到无序区只有一个元素为止。(2)大根堆排序算法的基本操作:①建堆,建堆是不断调整堆的过程,从len/2处开始调整,一直到第一个节点,此处len是堆中元素的个数。建堆的过程是线性的过程,从len/2到0处一直调用调整堆的过程,相当于o(h1)+o(h2)…+o(hlen/2)其中h表示节点的深度,len/2表示节点的个数,这是一个求和的过程,结果是线性的O(n)。②调整堆:调整堆在构建堆的过程中会用到,而且在堆排序过程中也会用到。利用的思想是比较节点i和它的孩子节点left(i),right(i),选出三者最大(或者最小)者,如果最大(小)值不是节点i而是它的一个孩子节点,那边交互节点i和该节点,然后再调用调整堆过程,这是一个递归的过程。调整堆的过程时间复杂度与堆的深度有关系,是lgn的操作,因为是沿着深度方向进行调整的。

堆和堆排序

1,堆是一个完全二叉树;
完全二叉树要求除了最后一层,其他层的节点都是满的,最后一层的节点都靠左排列。
2,堆中每个节点都必须大于等于(或小于等于)其子树中每个节点的值。
堆中每个节点的值都大于等于(或者小于等于)其左右子节点的值。
3,对于每个节点的值都大于等于子树中每个节点值的堆,叫作“大顶堆”。对于每个节点的值都小于等于子树中每个节点值的堆,叫“小顶堆”。

要实现一个堆,要先知道堆都支持哪些操作,已及如何存储一个堆。
1,如何存储一个堆:
完全二叉树比较适合用数组来存储。用数组来存储完全二叉树是非常节省存储空间的。因为不需要存储左右子节点的指针,单纯地通过数组的下标,就可以找到一个节点的左右子节点和父节点。
2,往堆中插入一个元素
往堆中插入一个元素后,需要继续满足堆的两个特性
(1)如果把新插入的元素放到堆的最后,则不符合堆的特性了,于是需要进行调整,让其重新满足堆的特性,这个过程叫做 堆化(heapify)
(2)堆化实际上有两种,从下往上和从上往下
(3)从下往上的堆化方法:
堆化非常简单,就是顺着节点所在的路径,向上或者向下,对比,然后交换。

(1)从堆的定义的第二条中,任何节点的值都大于等于(或小于等于)子树节点的值,则堆顶元素存储的就是堆中数据的最大值或最小值。
(2)假设是大顶堆,堆堆顶元素就是最大的元素,但删除堆顶元素之后,就需要把第二大元素放到堆顶,那第二大元素肯定会出现在左右子节点中。然后在迭代地删除第二大节点,以此类推,直到叶子节点被删除。

但这种方式会使堆化出来的堆不满足完全二叉树的特性
(3)可以把最后一个节点放到堆顶,然后利用同样的父子节点对比方法,对于不满足父子节点大小关系的,互换两个节点,并且重复进行这个过程,直到父子节点之间满足大小关系为止,这是从上往下的堆化方法。

一个包含n个节点的完全二叉树,树的高度不会超过log2n。堆化的过程是顺着节点所在路径比较交换的,所以堆化的时间复杂度跟树的高度成正比,即O(log n)。插入数据和删除堆顶元素的主要逻辑就是堆化,所以往堆中插入一个元素和删除堆顶元素的时间复杂度都是O(log n)。

(1)排序方法有时间复杂度是O(n^2)的冒泡排序,插入排序,选择排序,有时间复杂度是O(nlogn)的归并排序,快速排序,线性排序。

(2)借助堆这种数据结构实现的排序算法就叫作堆排序,这种排序方法的时间复杂度非常稳定,是O(nlogn),并且它还是原地排序算法。
堆排序的过程大致分解为两大步骤:建堆和排序
(3)建堆:
1,首先将数组原地建成一个堆。“原地”:是指不借助另一个数组,就在原地数组上操作。
2,建堆有两种思路:
第一种:在堆中插入一个元素的思路。
尽管数组中包含n个数据,但是可以假设起初堆中只包含一个数据,就是下标为1的数据。然后,调用插入方法,将将下标从2到n的数据依次插入到堆中,这样就将包含n个数据的数组,组织成了堆
第二种:是从后往前处理数组,并且每个数据都是从上往下堆化。
第二种和第一种思路截然相反,第一种建堆思路的处理过程是从前往后处理数据,并且每个数据插入堆中时,都是从下往上堆化。
对下标从n/2开始到1的数据进行堆化,下标是n/2 + 1到n的节点,是叶子节点,不需堆化
3,建堆的时间复杂度
每个节点堆化的时间复杂度是O(logn),则n/2+1个节点堆化的总时间复杂度是O(n)。
①:因为叶子节点不需要堆化,所以需要堆化的节点从倒数第二层开始。每个节点堆化的过程中,需要比较和交换的节点个数,跟这个节点高度k成正比。
(4)排序:
建堆结束后,数组中的数据已是按照大顶堆的特性来组织的。数组中的第一个元素就是堆顶,也就是最大的元素。
将它和最后一个元素交换,最大元素就放到了下标为n的位置
这个过程有点类似“删除堆顶元素”的操作,当堆顶元素移除后,把下标为n的元素放到堆顶,然后在通过堆化的方法,将剩下的n-1个元素重新构建成堆。堆化完成之后,在取堆顶元素,放到下标是n-1的位置,一直重复这个过程,直到最后堆中只剩下标为1的一个元素,排序工作就完成了。

(5)时间,空间复杂度,以及稳定性分析
①:整个堆排序的过程,都只需要极个别临时存储空间,所以堆排序是原地排序算法。
②:堆排序包括建堆和排序两个操作,建堆过程的时间复杂度是O(n),排序过程的时间复杂度是O(nlogn),所以堆排序的时间复杂度是O(nlogn)
③:堆排序不是稳定的排序算法,可能改变值相等的数据原始相对顺序。


谁能帮我详细解答下编程里的几种排序方法。

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