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一步一步写算法(之堆排序)

原文: 一步一步写算法(之堆排序)

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    堆排序是另外一种常用的递归排序。因为堆排序有着优秀的排序性能,所以在软件设计中也经常使用。堆排序有着属于自己的特殊性质,和二叉平衡树基本是一致的。打一个比方说,处于大堆中的每一个数据都必须满足这样一个特性:

    (1)每一个array[n] 不小于array[2*n]

    (2)每一个array[n]不小于array[2 * n + 1]

    构建这样一个堆只是基础,后面我们需要每次从堆的顶部拿掉一个数据,不断调整堆,直到这个数组变成有序数组为主。所以详细的堆排序算法应该是这样的:

    1)构建大堆,使得堆中的每一个数据都满足上面提到的性质

    2)将堆的第一个数据和堆的最后一个数据进行互换,然后重新调整堆,直到堆重新平衡为止

    3)重复2)的过程,直到整个数组有序。


    上面的描述过程很简单,那么实践操作是怎么样的呢?

    a)对入参进行判断

void heap_sort(int array[], int length){	if(NULL == array || 0 == length)		return ;	/* to make sure data starts at number 1 */	_heap_sort(array-1, length);}
    b)构建大堆和调整大堆

void _heap_sort(int array[], int length){	int index = 0;	int median = 0;	construct_big_heap(array, length);	for(index = length; index > 1; index --)	{		median = array[1];		array[1] = array[index];		array[index] = median;		reconstruct_heap(array, 1, index-1);	}}
    c)构建大堆的细节操作部分

void set_sorted_value(int array[], int length){	int index = length;	int median = 0;	if(length == 1) return;	while(index > 1){		if(array[index >> 1] >= array[index])			break;		median = array[index];		array[index] = array[index >> 1];		array[index >> 1] = median;		index >>= 1;	}}void construct_big_heap(int array[], int length){	int index = 0 ;	for(index = 1; index <= length; index ++)	{		set_sorted_value(array, index);	}}
    d)大堆迭代调整

void reconstruct_heap(int array[], int index, int length){	int swap = 0;	if(length < index << 1)		return;	if(length == index << 1){		adjust_leaf_position(array, index);		return;	}	if(-1 != (swap = adjust_normal_position(array, index))){		reconstruct_heap(array, swap, length);	}}
    e)对单分支节点和满分支节点分别处理

int adjust_normal_position(int array[], int index){	int left = index << 1 ;	int right = left + 1;	int median = 0;	int swap = 0;	if(array[index] >= array[left]){		if(array[index] >= array[right]){			return -1;		}else{			swap = right;		}	}else{		if(array[index] >= array[right]){			swap = left;		}else{			swap = array[left] > array[right] ? left : right;		}	}	if(swap == left) {		median = array[index];		array[index] = array[left];		array[left] = median;	}else{		median = array[index];		array[index] = array[right];		array[right] = median;	}	return swap;}STATUS adjust_leaf_position(int array[], int index){	int median = 0;	if(array[index] > array[index << 1])		return TRUE;	median = array[index];	array[index] = array[index << 1];	array[index << 1] = median;	return FALSE;}
    f)堆排序算法介绍完毕,创建测试用例验证

static void test1(){	int array[] = {1};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));}static void test2(){	int array[] = {2, 1};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));	assert(1 == array[0]);	assert(2 == array[1]);}static void test3(){	int array[] = {3, 2, 1};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));	assert(1 == array[0]);	assert(2 == array[1]);	assert(3 == array[2]);}static void test4(){	int array[] = {2, 3, 1};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));	assert(1 == array[0]);	assert(2 == array[1]);	assert(3 == array[2]);}static void test5(){	int array[] = {5,3, 4, 1};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));	assert(1 == array[0]);	assert(3 == array[1]);	assert(4 == array[2]);	assert(5 == array[3]);}static void test6(){	int array[] = {2, 3,6, 8, 7};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));	assert(2 == array[0]);	assert(3 == array[1]);	assert(6 == array[2]);	assert(7 == array[3]);	assert(8 == array[4]);}static void test7(){	int array[] = {3,4,2,7,1,9,8,6,5};	heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));	assert(1 == array[0]);	assert(2 == array[1]);	assert(3 == array[2]);	assert(4 == array[3]);	assert(5 == array[4]);	assert(6 == array[5]);	assert(7 == array[6]);	assert(8 == array[7]);	assert(9 == array[8]);}

【预告: 下面的博客介绍一些常用的数据结构】


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