堆排序实现

堆排序与快速排序，归并排序一样都是时间复杂度为O(N*logN)的几种常见排序方法。堆排序是跟二叉堆联系在一起的，它是利用二叉堆的性质设计的一种算法。所以它有父节点值总是大于（或小于其所有子节点）。一般情况下，二叉堆是如下所示的：

                                                                         这是一个正序从小到大的序列。

 首先，肯定是插入问题了，我们首先要构造好一个堆。其实这里的插入用插入排序的方法就可以了。他的实现就是直接插入。。

void minHeapFixUp(int *arrayL, int newElementIndex) {
    int fatherIndex = (newElementIndex - 1) / 2;
    int temp = arrayL[newElementIndex];

    //当新加入的子节点的值小于父节点的时候，将其变为父节点...
    //同时向上遍历找到最终的某个元素出现其父元素值大于这个新加入
    //节点的时候停止
    while (fatherIndex >= 0 && newElementIndex != 0) {
        if (arrayL[fatherIndex] < temp)
            break;

        arrayL[newElementIndex] = arrayL[fatherIndex];
        newElementIndex = fatherIndex;
        fatherIndex = (newElementIndex - 1) / 2;
    }
    arrayL[newElementIndex] = temp;
}

void insertElement(int* arrayL, int insertIndex, int value) {
    arrayL[insertIndex] = value;
    minHeapFixUp(arrayL, insertIndex);
}

 

二叉堆的堆化：什么叫二叉堆的堆化？也就是讲一个序列变成一个符合二叉堆的样子的序列，也就是从父节点要比所有子节点小（或大）。比如：

                                  

那应该如何用程序对一个序列进行堆化呢【一般情况下我们用数组储存元素】，首先我们要知道一点，父节点和子节点的下标的关系是：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  fatherNode = (sonNode - 1) / 2;

                                                                                                                             sonNode1 = 2 * father + 1;

                                                                                                                             sonNode2 = 2 * fatherNode + 2；

有了这三条，我们就可以根据节点来对其子节点或父节点进行处理了。

下面我们来谈谈堆化数组：

     堆化数组，就是将一个数组变成符合二叉堆性质的数组。那么要如何进行堆化呢，我们可以先将未堆化的数组看成一个二叉树。首先我们从树叶A开始将其与其父节点B变得有序，然后处理其父节点B与B的父节点...如此下去就可以将整个树变成二叉堆。

我们来看个例子：对数组 Array[3, 20, 12, 23, 45, 22, 32, 65, 2, 19, 34, 90, 67]，用图表示如下：

 

                                                           

我们可以看出，有第二，第三个叶节点不满足堆的要求，而其他的在父节点和子节点之间已经满足对的条件。所以我们首先将Array[5]和Array[10]互换。Array[4]和Array[9]同理。

至此，堆化完毕，我们可以看到，这已经是一个有效的二叉堆了。

那么，我们改怎样用代码来实现呢？如下：

void minHeapFixDown(int *arrayL, int beginIndex, int totalNode) {
    int temp = arrayL[beginIndex];
    int sonNode = beginIndex * 2 + 1;

    while (sonNode < totalNode) {
        //找到最小那个子节点(如果是两个的话)
        if (sonNode + 1 < totalNode && arrayL[sonNode] > arrayL[sonNode + 1])
            sonNode++;

        if (arrayL[sonNode] >= temp)
            break;

        a[beginIndex] = arrayL[sonNode];
        //向上遍历
        beginIndex = sonNode;
        sonNode = beginIndex * 2 + 1;
    }
    arrayL[beginIndex] = temp;
}

void makeMinHeap(int *arrayL, int len) {
    //遍历每一个子节点，并与父节点比较，进行处理
    for (int i = len / 2 - 1; i >= 0; i--)
        minHeapFixDown(arrayL, i, len); 
}

 

下面来看看怎么删除元素：在二叉堆中，我们删除元素都是讲Array[0]删除然后将最后一个元素补上。然后再进行一次堆化。那么就是如下：

void deleteNode(int* arrayL, int len) {
    swap(arrayL[0], arrayL[len - 1]);
    minHeapFixDown(arrayL, 0, len - 1);
}

我们直接将Array[0]交换到数组最后，原因下面再说明。

到这里，我们就可以进行排序了。其实堆排的原理就是将第一个节点取出，然后再堆化数组，然后再取出新数组的第一个元素，接到原来取出的那个后面。因为第一个元素总是整个数组中最小的一个，所以取出来的数就是一个有序列了。

void heapSort(int *arrayL, int len) {
    makeMinHeap(arrayL, len);

    for (int i = len - 1; i >= 0; i--) {
        swap(arrayL[0], arrayL[i])
        minHeapFixDown(arrayL, 0, i);
    }
}

我们直接将新取出的元素接在数组后面，就可以用节省空间。。