堆排序--java

本文详细介绍了堆排序算法,一种高效的选择排序方法。通过树形选择排序减少比较次数,实现时间复杂度为O(nlogn)。文章包括核心调整方法、堆构建及排序过程,并附带Java实现示例。
//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,然后从R[1...n-2]中选择最大记录需比较n-2次。
//事实上这n-2次比较中有很多已经在前面的n-1次比较中已经做过,而树形选择排序恰好利用树形的特点保存了部分前面的比较结果,
//因此可以减少比较次数。对于n个关键字序列,最坏情况下每个节点需比较log2(n)次,
//因此其最坏情况下时间复杂度为nlogn。堆排序为不稳定排序,不适合记录较少的排序。
//算法原理具体可参考:http://blog.youkuaiyun.com/cdnight/article/details/11650983    
import java.util.*;
import java.io.*;


class HeapSort{

void AdjustHeap(int [] a,int i,int size){//核心,一次调整,从上往下,交换父节点与左右节点
      
int lc=2*i+1;//左孩子节点位置
int rc=2*i+2;//右孩子节点位置
int temp=i;//temp 记录根节点变化,用于递归
if(i<=size/2){
if (lc<=size && a[lc]>a[temp]){
temp=lc;//左子节点数大于父节点,记录其位置
}
if(rc<=size && a[rc]>a[temp]){//注意是a[temp]
temp=rc;
}
if(temp!=i){ //temp变化则交换
int t=a[i]; 
a[i]=a[temp];
a[temp]=t; 
    AdjustHeap( a,temp,size);//递归,根节点变成了temp(左右子节点)会导致该节点所在子树不再满足堆的性质,所以要对该节点重新调整
                                                     // 而未参与交换的子树仍是满足堆性质的(仍是初始子堆),这点需要注意
}

} 
}

void BuildHeap(int[] a,int size){
for(int i=size/2;i>=0;i--){//非叶节点最大序号值为size/2,  从下向上逐渐调整各子树
AdjustHeap(a,i,size);// 注意i最小为0,根节点a[0],左右子节点a[1],a[2]
}
}

void Sort(int[] a){
int i;
BuildHeap(a,a.length-1);//先构造初始堆,这样在调整堆时只需对参与交换的子树进行调整
for (i=a.length-1;i>=0;i--){//新堆的大小-1
int temp=a[0];//把得到的最大值与堆底元素交换
a[0]=a[i];
a[i]=temp; 

AdjustHeap(a,0,i-1);//调整新堆
}
}

 public static void main(String[] args){
    int[] data=new int[] {1,7,4,2,13,0,2,3,9,5};
    HeapSort A=new HeapSort();
A.Sort(data);


for(int i=0;i<data.length;i++){
System.out.println("result:"+data[i]);
}
  } 
}


堆排序是一种常见的排序算法,具有稳定性高、效率高等优点。下面介绍一下使用Java实现的小根堆排序。 首先,我们需要定义一个小根堆类,用于存储待排序的数据。该类需要包含以下几个方法: 1. `Heap()`:构造函数,用于初始化小根堆。 2. `insert(int val)`:插入操作,将一个新的元素插入到小根堆中。 3. `deleteMin()`:删除操作,删除小根堆中的最小元素,并返回该元素的值。 4. `size()`:获取小根堆中元素的个数。 5. `isEmpty()`:判断小根堆是否为空。 接下来,我们就可以使用小根堆对待排序的数据进行排序了。具体的步骤如下: 1. 将待排序的数据存入小根堆中。 2. 依次从小根堆中删除最小元素,并将其存入数组中。 3. 最后,将数组反转,即可得到排序后的结果。 下面是具体的Java代码实现: ```java public class HeapSort { public static void heapSort(int[] arr) { Heap heap = new Heap(arr.length); for (int i = 0; i < arr.length; i++) { heap.insert(arr[i]); } for (int i = 0; i < arr.length; i++) { arr[i] = heap.deleteMin(); } // 反转数组 reverse(arr); } // 反转数组 private static void reverse(int[] arr) { int left = 0; int right = arr.length - 1; while (left < right) { int temp = arr[left]; arr[left] = arr[right]; arr[right] = temp; left++; right--; } } // 小根堆类 static class Heap { private int[] heap; private int size; public Heap(int capacity) { heap = new int[capacity + 1]; size = 0; } public void insert(int val) { if (size == heap.length - 1) { throw new RuntimeException("Heap is full"); } int i = ++size; while (i != 1 && val < heap[i / 2]) { heap[i] = heap[i / 2]; i /= 2; } heap[i] = val; } public int deleteMin() { if (isEmpty()) { throw new RuntimeException("Heap is empty"); } int min = heap[1]; int last = heap[size--]; int i = 1; int child = 2; while (child <= size) { if (child < size && heap[child] > heap[child + 1]) { child++; } if (last > heap[child]) { heap[i] = heap[child]; i = child; child *= 2; } else { break; } } heap[i] = last; return min; } public int size() { return size; } public boolean isEmpty() { return size == 0; } } } ``` 使用该算法对数组进行排序: ```java int[] arr = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5}; HeapSort.heapSort(arr); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // 输出 [1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 5, 6, 9] ```
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