//===============================以下为自己实现===============================
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define aray_num 10
void printfArray(int list[])
{
int i;
for(i=0; i<aray_num-1; i++)
{
printf("%d, ", list[i]);
}
printf("%d\n", list[aray_num-1]);
}
void heapAdjust(int list[], int parent, int length)
{
//temp保存当前父节点
int temp = list[parent];
//先获得左孩子
int child = 2 * parent + 1;
while(child < length)
{
//如果有右孩子结点，并且右孩子结点的值大于左孩子结点，则选取右孩子结点
if(child+1 < length && list[child]< list[child+1])
{
child++;
}
//如果父结点的值已经大于孩子结点的值，则直接结束
if(temp > list[child])
break;
//把孩子结点的值赋给父结点
list[parent] = list[child];
//选取孩子结点的左孩子结点,继续向下筛选
parent = child;
child = 2 * child + 1;
}
list[parent] = temp;
return;
}
void heapSort(int list[])
{
//循环建立初始堆
int i=0;
for(i=aray_num/2; i>=0; i--)
{
heapAdjust(list, i, aray_num);
}
//进行n-1次循环，完成排序
for(i=aray_num-1; i>0; i--)
{
//最后一个元素和第一元素进行交换
int temp = list[i];
list[i] = list[0];
list[0] = temp;
//筛选R[0]结点，得到i-1个结点的堆
heapAdjust(list, 0, i);
printf("the %d times sort:\t", aray_num-i);
printfArray(list);
}
return;
}
int main(int argc, char **argv)
{
//初始化一个序列
int aray1[aray_num] = {50, 123, 543, 187, 49, 30, 0, 2, 11, 100};
printf("before sort, the data is :");
printfArray(aray1);
//调用堆排序方法
heapSort(aray1);
printf("after sort, the data is :");
printfArray(aray1);
return 0;
}
//===============================以下为转载====================================
堆排序是一种树形选择排序，是对直接选择排序的有效改进。
基本思想：
堆的定义如下：具有n个元素的序列（k1,k2,...,kn),当且仅当满足
时称之为堆。由堆的定义可以看出，堆顶元素（即第一个元素）必为最小项（小顶堆）。
若以一维数组存储一个堆，则堆对应一棵完全二叉树，且所有非叶结点的值均不大于(或不小于)其子女的值，根结点（堆顶元素）的值是最小(或最大)的。如：
（a）大顶堆序列：（96, 83,27,38,11,09)
(b) 小顶堆序列：（12，36，24，85，47，30，53，91）
初始时把要排序的n个数的序列看作是一棵顺序存储的二叉树（一维数组存储二叉树），调整它们的存储序，使之成为一个堆，将堆顶元素输出，得到n 个元素中最小(或最大)的元素，这时堆的根节点的数最小（或者最大）。然后对前面(n-1)个元素重新调整使之成为堆，输出堆顶元素，得到n 个元素中次小(或次大)的元素。依此类推，直到只有两个节点的堆，并对它们作交换，最后得到有n个节点的有序序列。称这个过程为堆排序。
因此，实现堆排序需解决两个问题：
1. 如何将n 个待排序的数建成堆；
2. 输出堆顶元素后，怎样调整剩余n-1 个元素，使其成为一个新堆。
首先讨论第二个问题：输出堆顶元素后，对剩余n-1元素重新建成堆的调整过程。
调整小顶堆的方法：
1）设有m 个元素的堆，输出堆顶元素后，剩下m-1 个元素。将堆底元素送入堆顶（（最后一个元素与堆顶进行交换），堆被破坏，其原因仅是根结点不满足堆的性质。
2）将根结点与左、右子树中较小元素的进行交换。
3）若与左子树交换：如果左子树堆被破坏，即左子树的根结点不满足堆的性质，则重复方法 （2）.
4）若与右子树交换，如果右子树堆被破坏，即右子树的根结点不满足堆的性质。则重复方法 （2）.
5）继续对不满足堆性质的子树进行上述交换操作，直到叶子结点，堆被建成。
称这个自根结点到叶子结点的调整过程为筛选。如图：
再讨论对n 个元素初始建堆的过程。
建堆方法：对初始序列建堆的过程，就是一个反复进行筛选的过程。
1）n 个结点的完全二叉树，则最后一个结点是第
个结点的子树。
2）筛选从第个结点为根的子树开始，该子树成为堆。
3）之后向前依次对各结点为根的子树进行筛选，使之成为堆，直到根结点。
如图建堆初始过程：无序序列：（49，38，65，97，76，13，27，49）
算法的实现：
从算法描述来看，堆排序需要两个过程，一是建立堆，二是堆顶与堆的最后一个元素交换位置。所以堆排序有两个函数组成。一是建堆的渗透函数，二是反复调用渗透函数实现排序的函数。
void print(int a[], int n){ for(int j= 0; j<n; j++){ cout<<a[j] <<" "; } cout<<endl; } /** * 已知H[s…m]除了H[s] 外均满足堆的定义 * 调整H[s],使其成为大顶堆.即将对第s个结点为根的子树筛选, * * @param H是待调整的堆数组 * @param s是待调整的数组元素的位置 * @param length是数组的长度 * */ void HeapAdjust(int H[],int s, int length) { int tmp = H[s]; int child = 2*s+1; //左孩子结点的位置。(i+1 为当前调整结点的右孩子结点的位置) while (child < length) { if(child+1 <length && H[child]<H[child+1]) { // 如果右孩子大于左孩子(找到比当前待调整结点大的孩子结点) ++child ; } if(H[s]<H[child]) { // 如果较大的子结点大于父结点 H[s] = H[child]; // 那么把较大的子结点往上移动，替换它的父结点 s = child; // 重新设置s ,即待调整的下一个结点的位置 child = 2*s+1; } else { // 如果当前待调整结点大于它的左右孩子，则不需要调整，直接退出 break; } H[s] = tmp; // 当前待调整的结点放到比其大的孩子结点位置上 } print(H,length); } /** * 初始堆进行调整 * 将H[0..length-1]建成堆 * 调整完之后第一个元素是序列的最小的元素 */ void BuildingHeap(int H[], int length) { //最后一个有孩子的节点的位置 i= (length -1) / 2 for (int i = (length -1) / 2 ; i >= 0; --i) HeapAdjust(H,i,length); } /** * 堆排序算法 */ void HeapSort(int H[],int length) { //初始堆 BuildingHeap(H, length); //从最后一个元素开始对序列进行调整 for (int i = length - 1; i > 0; --i) { //交换堆顶元素H[0]和堆中最后一个元素 int temp = H[i]; H[i] = H[0]; H[0] = temp; //每次交换堆顶元素和堆中最后一个元素之后，都要对堆进行调整 HeapAdjust(H,0,i); } } int main(){ int H[10] = {3,1,5,7,2,4,9,6,10,8}; cout<<"初始值："; print(H,10); HeapSort(H,10); //selectSort(a, 8); cout<<"结果："; print(H,10); } void print(int a[], int n){ for(int j= 0; j<n; j++){ cout<<a[j] <<" "; } cout<<endl; } /** * 已知H[s…m]除了H[s] 外均满足堆的定义 * 调整H[s],使其成为大顶堆.即将对第s个结点为根的子树筛选, * * @param H是待调整的堆数组 * @param s是待调整的数组元素的位置 * @param length是数组的长度 * */ void HeapAdjust(int H[],int s, int length) { int tmp = H[s]; int child = 2*s+1; //左孩子结点的位置。(i+1 为当前调整结点的右孩子结点的位置) while (child < length) { if(child+1 <length && H[child]<H[child+1]) { // 如果右孩子大于左孩子(找到比当前待调整结点大的孩子结点) ++child ; } if(H[s]<H[child]) { // 如果较大的子结点大于父结点 H[s] = H[child]; // 那么把较大的子结点往上移动，替换它的父结点 s = child; // 重新设置s ,即待调整的下一个结点的位置 child = 2*s+1; } else { // 如果当前待调整结点大于它的左右孩子，则不需要调整，直接退出 break; } H[s] = tmp; // 当前待调整的结点放到比其大的孩子结点位置上 } print(H,length); } /** * 初始堆进行调整 * 将H[0..length-1]建成堆 * 调整完之后第一个元素是序列的最小的元素 */ void BuildingHeap(int H[], int length) { //最后一个有孩子的节点的位置 i= (length -1) / 2 for (int i = (length -1) / 2 ; i >= 0; --i) HeapAdjust(H,i,length); } /** * 堆排序算法 */ void HeapSort(int H[],int length) { //初始堆 BuildingHeap(H, length); //从最后一个元素开始对序列进行调整 for (int i = length - 1; i > 0; --i) { //交换堆顶元素H[0]和堆中最后一个元素 int temp = H[i]; H[i] = H[0]; H[0] = temp; //每次交换堆顶元素和堆中最后一个元素之后，都要对堆进行调整 HeapAdjust(H,0,i); } } int main(){ int H[10] = {3,1,5,7,2,4,9,6,10,8}; cout<<"初始值："; print(H,10); HeapSort(H,10); //selectSort(a, 8); cout<<"结果："; print(H,10); }
分析:
设树深度为k，
。从根到叶的筛选，元素比较次数至多2(k-1)次，交换记录至多k 次。所以，在建好堆后，排序过程中的筛选次数不超过下式：
而建堆时的比较次数不超过4n 次，因此堆排序最坏情况下，时间复杂度也为：O(nlogn )。
void print(int a[], int n){ for(int j= 0; j<n; j++){ cout<<a[j] <<" "; } cout<<endl; } /** * 已知H[s…m]除了H[s] 外均满足堆的定义 * 调整H[s],使其成为大顶堆.即将对第s个结点为根的子树筛选, * * @param H是待调整的堆数组 * @param s是待调整的数组元素的位置 * @param length是数组的长度 * */ void HeapAdjust(int H[],int s, int length) { int tmp = H[s]; int child = 2*s+1; //左孩子结点的位置。(i+1 为当前调整结点的右孩子结点的位置) while (child < length) { if(child+1 <length && H[child]<H[child+1]) { // 如果右孩子大于左孩子(找到比当前待调整结点大的孩子结点) ++child ; } if(H[s]<H[child]) { // 如果较大的子结点大于父结点 H[s] = H[child]; // 那么把较大的子结点往上移动，替换它的父结点 s = child; // 重新设置s ,即待调整的下一个结点的位置 child = 2*s+1; } else { // 如果当前待调整结点大于它的左右孩子，则不需要调整，直接退出 break; } H[s] = tmp; // 当前待调整的结点放到比其大的孩子结点位置上 } print(H,length); } /** * 初始堆进行调整 * 将H[0..length-1]建成堆 * 调整完之后第一个元素是序列的最小的元素 */ void BuildingHeap(int H[], int length) { //最后一个有孩子的节点的位置 i= (length -1) / 2 for (int i = (length -1) / 2 ; i >= 0; --i) HeapAdjust(H,i,length); } /** * 堆排序算法 */ void HeapSort(int H[],int length) { //初始堆 BuildingHeap(H, length); //从最后一个元素开始对序列进行调整 for (int i = length - 1; i > 0; --i) { //交换堆顶元素H[0]和堆中最后一个元素 int temp = H[i]; H[i] = H[0]; H[0] = temp; //每次交换堆顶元素和堆中最后一个元素之后，都要对堆进行调整 HeapAdjust(H,0,i); } } int main(){ int H[10] = {3,1,5,7,2,4,9,6,10,8}; cout<<"初始值："; print(H,10); HeapSort(H,10); //selectSort(a, 8); cout<<"结果："; print(H,10); }