21 改良的选择排序--堆排序

说明:选择排序法的概念简单,每次从未排序部份选一最小值,插入已排序部份的后端,其时间要主 花费于在整个未排序部份寻找最小值, 如果能让搜寻最小值的方式加快, 选择排序法的速率也 就可以加快,Heap排序法让搜寻的路径由树根至最后一个树叶,而不是整个未排序部份,因而 称之为改良的选择排序法。 

解法:Heap排序法使用Heap Tree(堆积树) ,树是一种资料结构,而堆积树是一个二元树,也就每是 一个父节点最多只有两个子节点(关于树的详细定义还请见资料结构书籍) ,堆积树的父节点 若小于子节点, 则称之为最小堆积Min( Heap) , 父节点若大于子节点, 则称之为最大堆积 ( Max Heap) ,而同一层的子节点则无需理会其大小关系,例如下面就是一个堆积树:

可以使用一维阵列来储存堆积树的所有元素与其顺序, 为了计算方便, 使用的起始索引1是而不 是0,索引1是树根位置,如果左子节点储存在阵列中的索引为s,则其父节点的索引为s/2,而右 子节点为s+1,就如上图所示,将上图的堆积树转换为一维阵列之后如下所示:

首先必须知道如何建立堆积树,加至堆积树的元素会先放置在最后一个树叶节点位置,然后检 查父节点是否小于子节点(最小堆积) ,将小的元素不断与父节点交换,直到满足堆积树件的条 为止,例如在上图的堆积加入一个元素12,则堆积树的调整方式如下所示:

建立好堆积树之后,树根一定是所有元素的最小值,您的目的就是: 将最小值取出然后调整树为堆积树,不断重复以上的步骤,就可以达到排序的效果,最小值的取出方式是将树根与最后一个树叶节点交换,然后切下树叶节点,重新调整树为堆积树,如下所示:

调整完毕后,树根节点又是最小值了,于是我们可以重复这个步骤,再取出最小值,并调整树 为堆积树,如下所示:

如此重复步骤之后,由于使用一维阵列来储存堆积树,每一次将树叶与树根交换的动作就是将最小值放至后端的阵列,所以最后阵列就是变为已排序的状态。 

其实堆积在调整的过程中,就是一个选择的行为,每次将最小值选至树根,而选择的路径并不 是所有的元素, 而是由树根至树叶的路径, 因而可以加快选择的过程,所以Heap排序法才会被 称之为改良的选择排序法。

******************************程序********************

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#define MAX 10
#define SWAP(x,y){int t; t = x; x = y; y = t;}
void createheap(int[]);
void heapsort(int[]);

int main(void){

      int number[MAX+1] = { - 1};
      int i;

      srand(time(NULL));

      printf("排序前:");
      for(i = 1; i <= MAX; i++){ 
             number[i] = rand()% 100;
             printf("%d ", number[i]);
      }

      printf("\n建立堆积树:");
      createheap(number);
      for(i = 1; i <= MAX; i++)
          printf("%d ", number[i]);

      printf("\n");
      heapsort(number);
      printf("\n");

      return 0;

}

void createheap(int number[]){
    int i, s, p;
    int heap[MAX+1] = { - 1};

    for(i = 1; i <= MAX; i++){ 
         heap[i] = number[i];
        s = i;
        p = i / 2;
        while(s >= 2 && heap[p] > heap[s]){ 
            SWAP(heap[p],heap[s]);
            s = p;
            p = s / 2;
        }
    }

    for(i = 1; i <= MAX; i++)
    number[i] = heap[i];
}

void heapsort(int number[]){
    int i, m,p, s;
    m = MAX;
    while(m > 1) {
       SWAP(number[1],number[m]);
       m --;
      p = 1;
      s = 2 * p;

      while(s <= m){
          if(s < m && number[s+1] < number[s])
                   s++;
        if(number[p]<= number[s])
                 break;
        SWAP(number[p],number[s]);
        p = s;
        s = 2 * p;
      }

      printf("\n排序中:");
      for(i = MAX; i > 0; i --)
           printf("%d ", number[i]);
   }
}

 

***********************END***********************

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