Program work 13. Heap Sort in Java

本文详细介绍了堆排序的基本概念,包括最大堆的建立与重构方法,并提供了完整的Java实现代码。通过对堆排序算法的深入解析,帮助读者理解其运行机制及时间复杂度。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

关键在于最大堆的建立和重构 (其实两个过程是一样的)

因为堆是平衡二叉树, 所以数组可以直接用下标表示父子的节点关系, 数组要从下标1开始.

将最大值移到数组只需要O(n)

重构堆需要O(lgn)

所以upper bound is O(n*logn)

事实上, lower bound is  Ω(n*logn) 

最好最坏最差都是O(n*logn)


Pseudocode

heapSort (arr, len)
{
    buildMaxHeap()
    for () {
        remove the root element(the max) to the end of array
        reconstructHeap();
    }
}

reconsturctHeap(arr, len)
{
    tmp = arr[root]
    get the children of root
    while () {
        get the bigger child between left and right child
        if the element of that child is larger than root
            replace its parent element with is
        move to next children
    }
    place the tmp to the apporpriate pos
}

Java

package ncku.cdc.sorting;

import java.util.Random;

public class HeapSort {
  private int[] sequence;

  public HeapSort(int size, int range) {
    sequence = new int[size + 1];
    Random rand = new Random();
    for (int i = 1; i <= size; i++) {
      sequence[i] = rand.nextInt(range);
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    int size = Integer.valueOf(args[0]);
    int range = Integer.valueOf(args[1]);
    HeapSort heap = new HeapSort(size, range);

    System.out.println("before heapSort:");
    SortingTools.validation(heap.getSequence(), 1);
    
    heap.heapSort(heap.getSequence(), size);

    System.out.println("after heapSort:");
    SortingTools.validation(heap.getSequence(), 1);
  }
  
  public void heapSort(int[] arr, int len) {
    for (int i = len / 2; i > 0; i--) {
      retifyHeap(arr, i, len);
    }
    for (int j = len - 1; j > 0; j--) {
      swap(arr, 1, j + 1);
      retifyHeap(arr, 1, j);
    }
  }

  private void retifyHeap(int[] arr, int root, int len) {
    int tmp = arr[root];
    int child = root * 2;
    while (child <= len) {
      if ((child < len) && (arr[child] < arr[child + 1])) { child++; }
      if (tmp > arr[child]) { break; } 
      else {
        arr[child / 2] = arr[child];
        child *= 2;
      }
    }
    arr[child / 2] = tmp;
  }
  
  private void swap(int[] arr, int i, int j) {
    int t = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = t;
  }

  public int[] getSequence() {
    return sequence;
  }
}


程序输入: 35 200. 表示随机生成一个长度为35, 数字范围在[0, 200)的数组

程序输出:

before heapSort:
67 18 192 142 136 30 144 6 158 11 123 34 36 155 97 12 7 159 81 135 160 102 48 42 0 155 77 114 139 146 186 32 42 144 100 
after heapSort:
0 6 7 11 12 18 30 32 34 36 42 42 48 67 77 81 97 100 102 114 123 135 136 139 142 144 144 146 155 155 158 159 160 186 192

<think>好的,我现在需要处理用户的问题:“java.sql.exceptio java heap space”。首先,用户可能在这里有拼写错误,正确的异常应该是“java.sql.SQLException”加上“java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”。接下来,我需要分析这两个异常的关系以及可能的原因。 首先,“java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”表示JVM的堆内存不足,无法分配更多对象。这可能发生在处理大数据量时,比如从数据库读取大量数据到内存中。而“java.sql.SQLException”是数据库操作过程中出现的异常,可能与连接问题、SQL语法错误或数据处理有关。当这两个异常同时出现时,很可能是应用程序在执行数据库操作时尝试加载过多数据到内存,导致堆内存耗尽。 接下来,我需要考虑可能的解决方案。第一步应该是增加JVM的堆内存大小,通过设置-Xmx参数。例如,将堆内存最大限制提高到4GB:`-Xmx4g`。但这种方法只是临时解决方案,不能从根本上解决问题,特别是当数据量持续增长时。 然后,应该检查应用程序的代码,特别是与数据库交互的部分。是否有一次性加载大量数据的情况?比如使用ResultSet默认设置,可能会将所有结果加载到内存。改为使用游标(fetch size)或分页查询(LIMIT/OFFSET)可以逐步处理数据,减少内存占用。 另外,检查是否有内存泄漏。使用内存分析工具如Eclipse MAT或VisualVM,查看哪些对象占用了大量内存,是否有未释放的资源,比如未关闭的ResultSet、Statement或Connection对象。确保在finally块或使用try-with-resources语句中正确关闭这些资源。 优化SQL查询也很重要,避免不必要的数据传输。只选择需要的列,使用WHERE子句减少返回的数据量。在数据库层面进行聚合或计算,而不是在Java应用中处理大量数据。 如果问题依然存在,可能需要调整JVM的内存参数,比如设置-XX:+UseG1GC使用G1垃圾回收器,提高垃圾回收效率。或者优化代码逻辑,采用流式处理(如JDBC的ResultSet.TYPE_FORWARD_ONLY和CONCUR_READ_ONLY)来逐行处理数据,而不是一次性加载到内存。 最后,总结解决方案时,需要分步骤建议用户:首先调整堆大小,然后优化代码和查询,检查资源泄漏,最后考虑垃圾回收调优。同时,强调根本解决需要优化数据处理方式,而不是单纯增加内存。</think>你提到的异常可能涉及两个独立的问题:`java.sql.SQLException`(数据库操作异常)和 `java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space`(Java堆内存不足)。以下是分步解释和解决方案: --- ### 1. **问题定位** - **`java.sql.SQLException`** 这是数据库操作(如连接、查询、事务)中抛出的通用异常,可能由以下原因引起: - 数据库连接失败(如用户名/密码错误、网络中断) - SQL语法错误 - 事务超时 - 资源未关闭(如未释放`ResultSet`、`Statement`或`Connection`) - **`java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space`** 表示Java虚拟机(JVM)堆内存不足以存储新对象,常见场景: - 一次性加载大量数据库记录到内存(如未分页的查询) - 内存泄漏(如未关闭数据库连接或缓存失控) - JVM堆内存设置过小 --- ### 2. **常见关联场景** 当这两个异常同时出现时,通常是: 1. 应用程序尝试从数据库读取**海量数据**(如全表查询)并全部加载到内存。 2. 长期运行的数据库操作未释放资源(如未关闭`ResultSet`),导致内存逐渐耗尽。 --- ### 3. **解决方案** #### 步骤1:调整JVM堆内存 通过增加堆内存上限缓解问题(临时方案): ```bash # 启动Java程序时设置最大堆内存(例如4GB) java -Xmx4g -jar your_application.jar ``` > **注意**:单纯增加内存无法根治问题,需结合代码优化。 #### 步骤2:优化数据库查询 - **分页查询** 使用`LIMIT`和`OFFSET`(MySQL/PostgreSQL)或`ROWNUM`(Oracle)分批读取数据: ```sql SELECT * FROM large_table LIMIT 1000 OFFSET 0; ``` - **流式查询** 通过JDBC设置游标逐行读取数据,避免一次性加载: ```java Statement stmt = connection.createStatement( ResultSet.TYPE_FORWARD_ONLY, ResultSet.CONCUR_READ_ONLY ); stmt.setFetchSize(100); // 控制每次从数据库读取的行数 ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM large_table"); while (rs.next()) { // 逐行处理数据 } ``` #### 步骤3:检查资源释放 确保所有数据库资源(`Connection`、`Statement`、`ResultSet`)在`finally`块或`try-with-resources`中关闭: ```java try (Connection conn = dataSource.getConnection(); Statement stmt = conn.createStatement(); ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT ...")) { // 处理数据 } catch (SQLException e) { // 异常处理 } ``` #### 步骤4:分析内存泄漏 使用工具(如**Eclipse Memory Analyzer**或**VisualVM**)检查堆转储(Heap Dump): - 查找占用内存最多的对象(如缓存或未关闭的`ResultSet`)。 - 检查是否有长时间持有的数据库连接未释放。 #### 步骤5:优化SQL和代码逻辑 - 避免`SELECT *`,仅查询必要字段。 - 在数据库中完成聚合计算(如`SUM`、`COUNT`),而非在Java中处理。 - 使用批处理(`addBatch()`/`executeBatch()`)减少频繁的数据库交互。 --- ### 4. **总结** - **短期方案**:增加JVM堆内存(`-Xmx`)并优化查询方式(分页/流式)。 - **长期方案**:修复代码中的资源泄漏、优化数据加载逻辑、减少内存占用。 若问题仍未解决,需结合具体代码和日志进一步分析。
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