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排序算法(2) 堆排序 C++實現

1 數組對象

2 可以視為一棵完全二叉樹

3 一個堆可以被看作一棵二叉樹和一個數組,如下圖所示:

4 下標計算(通常使用內聯函數或者宏來定義下標操作):

  • 已知某個結點的下標為i
  • 其父節點下標:i/2向下取整
  • 左孩子下標:2i
  • 右孩子下標:2i+1

5 最大堆:除根節點以外的每個節點i,有A[PARENT(i)] >= A[i]

  最小堆:除根節點意外的每個節點i,有A[PARENT(i)] <= A[i]


堆排序

步驟:

  1. 建大頂堆
  2. 去堆頂元素與當前堆的最後一個元素進行互換。
  3. 該堆頂元素已達最終位置,排除出堆
  4. 對剩下的堆進行最大堆調整
  5. 重復2到4步

排序過程

1 建堆過程

    1) 從第一個非葉子節點開始,對value為8的節點進行調整,無需調整。

    2) 對value值為9的節點進行調整。

    3) 對value為2的節點調整

  4) 對value為3的節點進行調整

    ----》

  5) 對value為7的節點進行調整

  ---》

建堆完成

2 堆頂元素與當前堆的最後一個元素進行互換。

3 該堆頂元素已達最終位置,排除出堆

4 對剩下的堆進行調整

遞歸進行堆首和堆尾互換以及調整堆的步驟,結果即為排好序的堆。


代碼實現


// heapsort.h

class HeapSort:public BaseSort {

public:

    HeapSort(int Array[], int len) : BaseSort() {

        this-&gt;Array = Array;

        this-&gt;len = len;

    }

    void sort();

private:

    /* 建堆 */

    void buildMaxHeap();

 

    /* 調整堆,以保持最大堆性質 */

    void maxHeapIfy( int i , int curlen);

 

    /* 堆排序 */

    void heapSort();

 

    /* 返回父節點下標 */

    int Parent(int i) {

        if ( i % 2 == 0 )

            return i/2;

        else

            return i/2 + 1;

    };

 

    /* 返回左孩子節點下標 */

    int Left(int i) { return 2 * i + 1; };

 

    /* 返回右孩子節點下標 */

    int Right(int i) { return 2 * i + 2; };

private:

    int* Array;

    int len;

};

相關成員函數實現


// heapsort.cpp

#include "heapsort.h"

void HeapSort::sort() {

    heapSort();

}

void HeapSort::heapSort() {

   

    buildMaxHeap();

    int i = this->len;

    int tmp;

    while( i > 0 ) {

        tmp = this->Array[0];

        this->Array[0] = this->Array[i-1];

        this->Array[i-1] = tmp;

        i--;

        maxHeapIfy(0, i);

    }

}

void HeapSort::maxHeapIfy( int i, int curlen ) {

    int left, right, largest;

    int tmp;

    left = Left(i);

    right = Right(i);

    if ( left < curlen-1

        && Array[left] > Array[i])

        largest = left;

    else

        largest = i;

    if ( right < curlen-1

        && Array[right] > Array[largest])

        largest = right;

    if ( largest != i ) {

        tmp = Array[i];

        Array[i] = Array[largest];

        Array[largest] = tmp;

        maxHeapIfy(largest, curlen);

    }

}

void HeapSort::buildMaxHeap() {

    int i;

    for ( i = (len-1)/2 ; i >= 0; i-- ) {

        maxHeapIfy(i, len);

        if (DEBUG) {

            printArray(this->Array, this->len, "midResult");

        }

    }

}

測試代碼:


/* --------- HeapSort -------- */

int b[10] = {7,3,2,9,8,5,1,10,4,6};

HeapSort* heapsort = new HeapSort(b, len);

heapsort->sort();

printArray(b, len, "HeapSort ");

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C++ Primer Plus 第6版 中文版 清晰有書簽PDF+源代碼 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101227.htm

讀C++ Primer 之構造函數陷阱 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40176.htm

讀C++ Primer 之智能指針 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40177.htm

讀C++ Primer 之句柄類 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40175.htm

將C語言梳理一下,分布在以下10個章節中:

  1. Linux-C成長之路(一):Linux下C編程概要 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242.htm
  2. Linux-C成長之路(二):基本數據類型 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p2.htm
  3. Linux-C成長之路(三):基本IO函數操作 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p3.htm
  4. Linux-C成長之路(四):運算符 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p4.htm
  5. Linux-C成長之路(五):控制流 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p5.htm
  6. Linux-C成長之路(六):函數要義 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p6.htm
  7. Linux-C成長之路(七):數組與指針 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p7.htm
  8. Linux-C成長之路(八):存儲類,動態內存 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p8.htm
  9. Linux-C成長之路(九):復合數據類型 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101242p9.htm
  10. Linux-C成長之路(十):其他高級議題

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