[转]堆排序

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                                              堆排序

       堆排序是利用堆的性质进行的一种选择排序。下面先讨论一下堆。

1.堆

  堆其实是一棵彻底二叉树，其任何一非叶节点知足性质：

  Key[i]<=key[2i+1]&&Key[i]<=key[2i+2]或者Key[i]>=Key[2i+1]&&key>=key[2i+2]

  即任何一非叶节点的关键字不大于或者不小于其左右孩子节点的关键字。

  堆分为大顶堆和小顶堆，知足Key[i]>=Key[2i+1]&&key>=key[2i+2]称为大顶堆，知足 Key[i]<=key[2i+1]&&Key[i]<=key[2i+2]称为小顶堆。由上述性质可知大顶堆的堆顶的关键字确定是全部关键字中最大的，小顶堆的堆顶的关键字是全部关键字中最小的。

2.堆排序的思想

   利用大顶堆(小顶堆)堆顶记录的是最大关键字(最小关键字)这一特性，使得每次从无序中选择最大记录(最小记录)变得简单。

    其基本思想为(大顶堆)：

    1)将初始待排序关键字序列(R1,R2....Rn)构建成大顶堆，此堆为初始的无序区；

    2)将堆顶元素R[1]与最后一个元素R[n]交换，此时获得新的无序区(R1,R2,......Rn-1)和新的有序区(Rn),且知足R[1,2...n-1]<=R[n]; 

    3)因为交换后新的堆顶R[1]可能违反堆的性质，所以须要对当前无序区(R1,R2,......Rn-1)调整为新堆，而后再次将R[1]与无序区最后一个元素交换，获得新的无序区(R1,R2....Rn-2)和新的有序区(Rn-1,Rn)。不断重复此过程直到有序区的元素个数为n-1，则整个排序过程完成。

    操做过程以下：

     1)初始化堆：将R[1..n]构造为堆；

     2)将当前无序区的堆顶元素R[1]同该区间的最后一个记录交换，而后将新的无序区调整为新的堆。

    所以对于堆排序，最重要的两个操做就是构造初始堆和调整堆，其实构造初始堆事实上也是调整堆的过程，只不过构造初始堆是对全部的非叶节点都进行调整。

    下面举例说明：

     给定一个整形数组a[]={16,7,3,20,17,8}，对其进行堆排序。

    首先根据该数组元素构建一个彻底二叉树，获得

 

 而后须要构造初始堆，则从最后一个非叶节点开始调整，调整过程以下：

20和16交换后致使16不知足堆的性质，所以需从新调整

这样就获得了初始堆。

即每次调整都是从父节点、左孩子节点、右孩子节点三者中选择最大者跟父节点进行交换(交换以后可能形成被交换的孩子节点不知足堆的性质，所以每次交换以后要从新对被交换的孩子节点进行调整)。有了初始堆以后就能够进行排序了。

此时3位于堆顶不满堆的性质，则需调整继续调整

 这样整个区间便已经有序了。

    从上述过程可知，堆排序其实也是一种选择排序，是一种树形选择排序。只不过直接选择排序中，为了从R[1...n]中选择最大记录，需比较n-1次，而后从R[1...n-2]中选择最大记录需比较n-2次。事实上这n-2次比较中有不少已经在前面的n-1次比较中已经作过，而树形选择排序刚好利用树形的特色保存了部分前面的比较结果，所以能够减小比较次数。对于n个关键字序列，最坏状况下每一个节点需比较log2(n)次，所以其最坏状况下时间复杂度为nlogn。堆排序为不稳定排序，不适合记录较少的排序。

 

测试程序

/*堆排序(大顶堆) 2011.9.14*/ 

#include <iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

void HeapAdjust(int *a,int i,int size)  //调整堆 
{
    int lchild=2*i;       //i的左孩子节点序号 
    int rchild=2*i+1;     //i的右孩子节点序号 
    int max=i;            //临时变量 
    if(i<=size/2)          //若是i是叶节点就不用进行调整 
    {
        if(lchild<=size&&a[lchild]>a[max])
        {
            max=lchild;
        }    
        if(rchild<=size&&a[rchild]>a[max])
        {
            max=rchild;
        }
        if(max!=i)
        {
            swap(a[i],a[max]);
            HeapAdjust(a,max,size);    //避免调整以后以max为父节点的子树不是堆 
        }
    }        
}

void BuildHeap(int *a,int size)    //创建堆 
{
    int i;
    for(i=size/2;i>=1;i--)    //非叶节点最大序号值为size/2 
    {
        HeapAdjust(a,i,size);    
    }    
} 

void HeapSort(int *a,int size)    //堆排序 
{
    int i;
    BuildHeap(a,size);
    for(i=size;i>=1;i--)
    {
        //cout<<a[1]<<" ";
        swap(a[1],a[i]);           //交换堆顶和最后一个元素，即每次将剩余元素中的最大者放到最后面 
          //BuildHeap(a,i-1);        //将余下元素从新创建为大顶堆 
          HeapAdjust(a,1,i-1);      //从新调整堆顶节点成为大顶堆
    }
} 

int main(int argc, char *argv[])
{
     //int a[]={0,16,20,3,11,17,8};
    int a[100];
    int size;
    while(scanf("%d",&size)==1&&size>0)
    {
        int i;
        for(i=1;i<=size;i++)
            cin>>a[i];
        HeapSort(a,size);
        for(i=1;i<=size;i++)
            cout<<a[i]<<"";
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}