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堆排序和建立最大堆

堆是完全二叉树的结构,因此对于一个有n个节点的堆,高度为O(logn)。

最大堆:堆中的最大元素存放在根节点的位置。

           除了根节点,其他每个节点的值最多与其父节点的值一样大。也就是任意一个子树中包含的所有节点的值都不大于树根节点的值。

堆中节点的位置编号都是确定的,根节点编号为1,每一层从左到右依次编号。由堆是完全二叉树,可以知道当堆中某个节点的编号为i时,如果这个节点有左右子树,那么左子树的节点编号为2*i,右子树的节点编号为2*i+1(当然这是在根节点编号为1的情况时)。

并且有n个节点的堆中叶子节点的编号为从n/2+1~n。因为假设节点n/2+1不是叶子节点,那么它的左子节点编号(n/2+1)*2=n+1,而节点总共只有n个。完全二叉树的叶子节点只出现在最下面两层。最下层的叶子集中在左边,倒数二层的叶子集中在右边。

维护最大堆函数MAX_HEAPWEIHU(A,i),假定节点i的左右子树已经是最大堆。那么维护堆时,先比较i节点的值与左右节点值的大小,将三个数中的最大值交换到根节点的位置。假设根节点i与左子节点的值交换了,那么左子树就要再次调用MAX_HEAPWEIHU(A,2*i),判断左子树还是不是最大堆,如果是则结束,否则继续调用进行维护。因此调用MAX_HEAPWEIHU(A,i)的时间复杂度为O(logn)。

heapfy(int a[],int i,int heapsize){     int largest=i;     int left=2*i-1;     int right=2*i;     if(left<heapsize && a[i]<a[left])             largest=left;     if(right<heapsize && a[largest]<a[right])           largest=right;     if(largest!=i)     {           swap(a[i],a[largest]);           heapfy(a,largest);     }}

建立最大堆:将A[1,n]数组转换为最大堆。因为最大堆为完全二叉树结构,因此A[n/2+1],……,A[n]是最大堆的叶子节点。每个叶子节点本身就是一个最大堆,所以我们就要从A[n/2]~A[1]逐步维护这个最底层的最大堆(调用MAX_HEAPWEIHU(A,i)维护)。

void buildheap(int a[],int len){      for(int i=len/2-1;i>=0;i--)          heapfy(a,i,len);}        

堆排序:先建立一个最大堆。然后将最大堆的A[1]与A[n]交换,然后从堆中去掉这个节点n,通过减少A.heap_size的值来实现。剩余的节点中,新的根节点可能违背了最大堆的性质,因此需要调用MAX_HEAPWEIHU(A,1)来维护最大堆。

void sortheap(int a[],int len){       for(int i=n-1;i>=0;i--)    {         swap(a[0],a[i]);         heapfy(a,0,i);    }}    
#include<iostream>using namespace std;void heapfy(int a[],int index,int heapsize){    int left=index*2+1;    int right=left+1;    int largest=index;    if(left<heapsize&&a[index]<a[left])        largest=left;    if(right<heapsize&&a[largest]<a[right])        largest=right;    if(largest!=index)    {        swap(a[index],a[largest]);        heapfy(a,largest,heapsize);    }}void heapsort(int a[],int len){    for(int i=len/2-1;i>=0;i--)    {        heapfy(a,i,len);    }    for(int i=len-1;i>=0;i--)    {        swap(a[i],a[0]);        heapfy(a,0,i);    }}int main(){    int a[10]={9,3,4,5,1,8,0,2,7,6};    heapsort(a,10);    }

 

堆排序和建立最大堆