堆排序

基本概念

堆：

• (二叉)堆数据结构是一种数组对象。它可以被视为一棵完全二叉树，树中每个结点与数组中存放该结点值的那个元素对应。

两种二叉堆：

• 最大堆：所有节点的子节点比其自身小的堆。
• 最小堆：所有节点的子节点比其自身大的堆。

堆排序：

• 堆排序利用了大根堆(或小根堆)堆顶记录的关键字最大(或最小)这一特征，使得在当前无序区中选取最大(或最小)关键字的记录变得简单。

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 输出当前堆的排序状况
void PrintArray(int data[], int size)
{
    for (int i=1; i<=size; ++i)
        cout <<data[i]<<"  ";
    cout<<endl;
}
 
// 堆化，保持堆的性质
// MaxHeapify让a[i]在最大堆中"下降"，
// 使以i为根的子树成为最大堆
void MaxHeapify(int *a, int i, int size)
{
    int lt = 2*i, rt = 2*i+1;
    int largest;
    if(lt <= size && a[lt] > a[i])
        largest = lt;
    else
        largest = i;
    if(rt <= size && a[rt] > a[largest])
        largest = rt;
    if(largest != i)
    {
        int temp = a[i];
        a[i] = a[largest];
        a[largest] = temp;
        MaxHeapify(a, largest, size);
    }
}
 
// 建堆
// 自底而上地调用MaxHeapify来将一个数组a[1..size]变成一个最大堆
//
void BuildMaxHeap(int *a, int size)
{
    for(int i=size/2; i>=1; --i)
        MaxHeapify(a, i, size);
}
 
// 堆排序
// 初始调用BuildMaxHeap将a[1..size]变成最大堆
// 因为数组最大元素在a[1]，则可以通过将a[1]与a[size]互换达到正确位置
// 现在新的根元素破坏了最大堆的性质，所以调用MaxHeapify调整，
// 使a[1..size-1]成为最大堆，a[1]又是a[1..size-1]中的最大元素，
// 将a[1]与a[size-1]互换达到正确位置。
// 反复调用Heapify，使整个数组成从小到大排序。
// 注意： 交换只是破坏了以a[1]为根的二叉树最大堆性质，它的左右子二叉树还是具备最大堆性质。
//        这也是为何在BuildMaxHeap时需要遍历size/2到1的结点才能构成最大堆，而这里只需要堆化a[1]即可。
void HeapSort(int *a, int size)
{
    BuildMaxHeap(a, size);
    PrintArray(a, size);
 
    int len = size;
    for(int i=size; i>=2; --i)
    {
        int temp = a[1];
        a[1] = a[i];
        a[i] = temp;
        len--;
        MaxHeapify(a, 1, len);
        cout << "中间过程:";
        PrintArray(a, size);
    }
 
}
 
int main()
{
    int size;
    int arr[100];
    cout << "Input the num of elements:\n";
    cin >> size;
    cout << "Input the elements:\n";
    for(int i=1; i<=size; ++i)
        cin >> arr[i];
    cout << endl;
    HeapSort(arr, size);
    cout << "最后结果:";
    PrintArray(arr, size);
}