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堆排序算法(選擇排序改進(jìn))

2020-01-26 15:38:31
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供稿:網(wǎng)友

首先要理解堆的含義:要么所有節(jié)點(diǎn)都不大于其子孩子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),要么都不小于其子孩子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

堆排序的核心思想:就是要滿(mǎn)足所有節(jié)點(diǎn)都滿(mǎn)足上面兩點(diǎn),如何完成,看下面

堆排序的步驟:

1.首先要建成一個(gè)大頂堆或者小頂堆,在建的過(guò)程中其實(shí)就是調(diào)整節(jié)點(diǎn)的位置,首先要從最后最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的母親節(jié)點(diǎn)開(kāi)始,按照堆的含義調(diào)整。為什么不是最后一個(gè)或者其他?因?yàn)橐WC完整性和不必要性,所以只需從最后一個(gè)的母親節(jié)點(diǎn)開(kāi)始即可(下面的堆默認(rèn)存在順序結(jié)構(gòu),從索引0開(kāi)始的,所以有些二叉樹(shù)的特性請(qǐng)查閱二叉樹(shù)),直至索引節(jié)點(diǎn)為0的節(jié)點(diǎn)。調(diào)整完成后即成為一個(gè)堆,但是這里的數(shù)據(jù)并沒(méi)有排序好,所以下一部調(diào)整順序。

2.從最后一個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)始,與第一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換,然后按照堆的含義調(diào)整第一個(gè)數(shù)據(jù)。為什么先選擇最后一個(gè)數(shù)據(jù)?因?yàn)槟J(rèn)情況下,最后一個(gè)或者是較大或者是較小,可以滿(mǎn)足調(diào)整要求。這時(shí)就考慮當(dāng)前所有數(shù)據(jù)減去最后一個(gè),因?yàn)檫@個(gè)已是最大或者是最小,不必再考慮.。直至調(diào)整沒(méi)有任何數(shù)據(jù),此時(shí)已完成排序。

具體圖例不再標(biāo)識(shí),有此愛(ài)好可以參考其他書(shū)籍或者網(wǎng)上的介紹,下面看堆排序代碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

int HeapSort(MergeType* L)
{
 int i = 0;
 if (!L->elem)
 {
  return -1;
 }

 //創(chuàng)建堆
 for (int i = L->len/2-1; i >= 0; i--)
 {
  HeapAdjust(L, i, L->len-1);
 }

 //堆排序
 for (i = L->len-1; i >= 0; i-- )
 {
  swap(L->elem[i], L->elem[0]);
  HeapAdjust(L, 0, i-1);
 }
 return 0; 
}

注意:
1)由于父子節(jié)點(diǎn)的關(guān)系,for循環(huán)第一個(gè)數(shù)據(jù)索引其實(shí)是L,len-1,但是其父母節(jié)點(diǎn)(i)與 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)(p)的關(guān)系:p = 2i+1 或者2i+2; 如果存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)第一個(gè)索引不是0而是1,這里p=2i或者p=2i+1,請(qǐng)參看有關(guān)書(shū)籍的證明,所以當(dāng)前父母節(jié)點(diǎn):i =(p-1)/ 2 = (L.len-1-1)/2 = L.len/2-1

2)由于再次調(diào)整數(shù)據(jù)的時(shí)候是從最后一個(gè)數(shù)據(jù),所以需要交換數(shù)據(jù)swap,再進(jìn)行當(dāng)前頂點(diǎn)數(shù)據(jù)也就是第一個(gè)數(shù)據(jù)的堆調(diào)整,但是此時(shí)調(diào)整的對(duì)象只是(0~i)這些數(shù)據(jù),其他已經(jīng)排序好,所以不再需要調(diào)整

下面看一下調(diào)整代碼,如下:

復(fù)制代碼 代碼如下:

int HeapAdjust(MergeType* L, int nPos, int nEnd)
{
 for (int i = nPos*2+1; i < nEnd ; i = 2*i+1)
 {
  if (L->elem[i] <= L->elem[i+1])
  {
   i++;
  }
  if (L->elem[nPos] >= L->elem[i])
  {
   break;
  }
  swap(L->elem[nPos], L->elem[i]);
  nPos = i;
 }
 return 0;
}

這里使用的是在一個(gè)層次上是數(shù)據(jù)直接交換,其實(shí)這不是必須的,因?yàn)樽詈蟛虐褦?shù)據(jù)放到最后的位置,所以也可以使用下面的代碼,減少?gòu)?fù)制的次數(shù)

復(fù)制代碼 代碼如下:

int HeapAdjustEx(MergeType* L, int nPos, int nEnd)
{
 int nTempkey = L->elem[nPos];

 for (int i = nPos*2+1; i < nEnd ; i = 2*i+1)
 {
  if (L->elem[i] <= L->elem[i+1])//選出最大的子孩子
  {
   i++;
  }
  if (nTempkey >= L->elem[i]) //如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)大于最大子孩子退出
  {
   break;
  }
  L->elem[nPos] = L->elem[i]; //否則進(jìn)行數(shù)據(jù)交換
  nPos = i;
 }
 L->elem[nPos] = nTempkey;
 return 0;
}

這里就可以減少較多的復(fù)制操作,也就是俗稱(chēng)的移動(dòng)操作次數(shù);這里for循環(huán)的起始節(jié)點(diǎn)按照上面的推論,子節(jié)點(diǎn)應(yīng)該為p=2i+1,所以第一個(gè)應(yīng)該為2*nPos+1,對(duì)應(yīng)當(dāng)前要比較節(jié)點(diǎn)的做孩子,右孩子為2*nPos+2,也就是左孩子+1,其他請(qǐng)看注釋。
時(shí)間復(fù)雜度:O(nlogn),分析過(guò)程暫略

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