Java實現(xiàn)堆排序(大根堆)的示例代碼
堆排序是一種樹形選擇排序方法,它的特點是:在排序的過程中,將array[0,...,n-1]看成是一顆完全二叉樹的順序存儲結(jié)構(gòu),利用完全二叉樹中雙親節(jié)點和孩子結(jié)點之間的內(nèi)在關(guān)系,在當前無序區(qū)中選擇關(guān)鍵字最大(最?。┑脑?。
1. 若array[0,...,n-1]表示一顆完全二叉樹的順序存儲模式,則雙親節(jié)點指針和孩子結(jié)點指針之間的內(nèi)在關(guān)系如下:
任意一節(jié)點指針 i:父節(jié)點:i==0 ? null : (i-1)/2
左孩子:2*i + 1
右孩子:2*i + 2
2. 堆的定義:n個關(guān)鍵字序列array[0,...,n-1],當且僅當滿足下列要求:(0 <= i <= (n-1)/2)
?、?array[i] <= array[2*i + 1] 且 array[i] <= array[2*i + 2]; 稱為小根堆;
② array[i] >= array[2*i + 1] 且 array[i] >= array[2*i + 2]; 稱為大根堆;
3. 建立大根堆:
n個節(jié)點的完全二叉樹array[0,...,n-1],最后一個節(jié)點n-1是第(n-1-1)/2個節(jié)點的孩子。對第(n-1-1)/2個節(jié)點為根的子樹調(diào)整,使該子樹稱為堆。
對于大根堆,調(diào)整方法為:若【根節(jié)點的關(guān)鍵字】小于【左右子女中關(guān)鍵字較大者】,則交換。
之后向前依次對各節(jié)點((n-2)/2 - 1)~ 0為根的子樹進行調(diào)整,看該節(jié)點值是否大于其左右子節(jié)點的值,若不是,將左右子節(jié)點中較大值與之交換,交換后可能會破壞下一級堆,于是繼續(xù)采用上述方法構(gòu)建下一級的堆,直到以該節(jié)點為根的子樹構(gòu)成堆為止。
反復(fù)利用上述調(diào)整堆的方法建堆,直到根節(jié)點。
4.堆排序:(大根堆)
?、賹⒋娣旁赼rray[0,...,n-1]中的n個元素建成初始堆;
?、趯⒍秧斣嘏c堆底元素進行交換,則序列的最大值即已放到正確的位置;
?、鄣藭r堆被破壞,將堆頂元素向下調(diào)整使其繼續(xù)保持大根堆的性質(zhì),再重復(fù)第②③步,直到堆中僅剩下一個元素為止。
堆排序算法的性能分析:
空間復(fù)雜度:o(1);
時間復(fù)雜度:建堆:o(n),每次調(diào)整o(log n),故最好、最壞、平均情況下:o(n*logn);
穩(wěn)定性:不穩(wěn)定
建立大根堆的方法:
//構(gòu)建大根堆:將array看成完全二叉樹的順序存儲結(jié)構(gòu)
private int[] buildMaxHeap(int[] array){
//從最后一個節(jié)點array.length-1的父節(jié)點(array.length-1-1)/2開始,直到根節(jié)點0,反復(fù)調(diào)整堆
for(int i=(array.length-2)/2;i>=0;i--){
adjustDownToUp(array, i,array.length);
}
return array;
}
//將元素array[k]自下往上逐步調(diào)整樹形結(jié)構(gòu)
private void adjustDownToUp(int[] array,int k,int length){
int temp = array[k];
for(int i=2*k+1; i<length-1; i=2*i+1){ //i為初始化為節(jié)點k的左孩子,沿節(jié)點較大的子節(jié)點向下調(diào)整
if(i<length && array[i]<array[i+1]){ //取節(jié)點較大的子節(jié)點的下標
i++; //如果節(jié)點的右孩子>左孩子,則取右孩子節(jié)點的下標
}
if(temp>=array[i]){ //根節(jié)點 >=左右子女中關(guān)鍵字較大者,調(diào)整結(jié)束
break;
}else{ //根節(jié)點 <左右子女中關(guān)鍵字較大者
array[k] = array[i]; //將左右子結(jié)點中較大值array[i]調(diào)整到雙親節(jié)點上
k = i; //【關(guān)鍵】修改k值,以便繼續(xù)向下調(diào)整
}
}
array[k] = temp; //被調(diào)整的結(jié)點的值放人最終位置
}
堆排序:
//堆排序
public int[] heapSort(int[] array){
array = buildMaxHeap(array); //初始建堆,array[0]為第一趟值最大的元素
for(int i=array.length-1;i>1;i--){
int temp = array[0]; //將堆頂元素和堆低元素交換,即得到當前最大元素正確的排序位置
array[0] = array[i];
array[i] = temp;
adjustDownToUp(array, 0,i); //整理,將剩余的元素整理成堆
}
return array;
}
刪除堆頂元素(即序列中的最大值):先將堆的最后一個元素與堆頂元素交換,由于此時堆的性質(zhì)被破壞,需對此時的根節(jié)點進行向下調(diào)整操作。
//刪除堆頂元素操作
public int[] deleteMax(int[] array){
//將堆的最后一個元素與堆頂元素交換,堆底元素值設(shè)為-99999
array[0] = array[array.length-1];
array[array.length-1] = -99999;
//對此時的根節(jié)點進行向下調(diào)整
adjustDownToUp(array, 0, array.length);
return array;
}
對堆的插入操作:先將新節(jié)點放在堆的末端,再對這個新節(jié)點執(zhí)行向上調(diào)整操作。
假設(shè)數(shù)組的最后一個元素array[array.length-1]為空,新插入的結(jié)點初始時放置在此處。
//插入操作:向大根堆array中插入數(shù)據(jù)data
public int[] insertData(int[] array, int data){
array[array.length-1] = data; //將新節(jié)點放在堆的末端
int k = array.length-1; //需要調(diào)整的節(jié)點
int parent = (k-1)/2; //雙親節(jié)點
while(parent >=0 && data>array[parent]){
array[k] = array[parent]; //雙親節(jié)點下調(diào)
k = parent;
if(parent != 0){
parent = (parent-1)/2; //繼續(xù)向上比較
}else{ //根節(jié)點已調(diào)整完畢,跳出循環(huán)
break;
}
}
array[k] = data; //將插入的結(jié)點放到正確的位置
return array;
}
測試:
public void toString(int[] array){
for(int i:array){
System.out.print(i+" ");
}
}
public static void main(String args[]){
HeapSort hs = new HeapSort();
int[] array = {87,45,78,32,17,65,53,9,122};
System.out.print("構(gòu)建大根堆:");
hs.toString(hs.buildMaxHeap(array));
System.out.print("\n"+"刪除堆頂元素:");
hs.toString(hs.deleteMax(array));
System.out.print("\n"+"插入元素63:");
hs.toString(hs.insertData(array, 63));
System.out.print("\n"+"大根堆排序:");
hs.toString(hs.heapSort(array));
}
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
相關(guān)文章
Java中MyBatis傳入?yún)?shù)parameterType問題
這篇文章主要介紹了Java中MyBatis傳入?yún)?shù)parameterType問題,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2022-12-12
關(guān)于Assert.assertEquals報錯的問題及解決
這篇文章主要介紹了關(guān)于Assert.assertEquals報錯的問題及解決方案,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2022-05-05
idea創(chuàng)建springboot項目和springcloud項目的詳細教程
這篇文章主要介紹了idea創(chuàng)建springboot項目和springcloud項目方法,本文通過圖文并茂的形式給大家介紹的非常詳細,對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下2020-10-10
Spring5+SpringMvc+Hibernate5整合的實現(xiàn)
這篇文章主要介紹了Spring5+SpringMvc+Hibernate5整合的實現(xiàn),文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2020-06-06
淺談Spring Data Redis讀不到設(shè)進去的值
本文主要介紹了Spring Data Redis怎么讀不到我剛才設(shè)進去的值,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們可以參考一下2021-09-09

