堆排序

堆排序基本介绍

1）堆排序是利用堆这种数据结构而设计的一种排序算法，堆排序是一种选择排序，它的最坏，最好，平均时间复 杂度均为 O(nlogn)，它也是不稳定排序。

2）堆是具有以下性质的完全二叉树：每个结点的值都大于或等于其左右孩子结点的值，称为大顶堆, 注意 : 没有 要求结点的左孩子的值和右孩子的值的大小关系。

3）每个结点的值都小于或等于其左右孩子结点的值，称为小顶堆。

4）一般升序采用大顶堆，降序采用小顶堆。

堆排序基本思想

1）将待排序序列构造成一个大顶堆。

2）此时，整个序列的最大值就是堆顶的根节点。

3）将其与末尾元素进行交换，此时末尾就为最大值。

4）然后将剩余 n-1 个元素重新构造成一个堆，这样会得到 n 个元素的次小值。如此反复执行，便能得到一个有序序列了。

简单总结堆排序的基本思路

1）将无序序列构建成一个堆，根据升序降序需求选择大顶堆或小顶堆。

2）将堆顶元素与末尾元素交换，将最大元素"沉"到数组末端。

3）重新调整结构，使其满足堆定义，然后继续交换堆顶元素与当前末尾元素，反复执行调整+交换步骤， 直到整个序列有序。

堆排序代码实现

要求：给你一个数组 {4,6,8,5,9} , 要求使用堆排序法，将数组升序排序。

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Arrays;
import java.util.Date;

public class HeapSort {
    public static void main(String[] args) {
        //要求将数组进行升序排序
        //int arr[] = {4, 6, 8, 5, 9};
        // 创建要给 80000 个的随机的数组
        int[] arr = new int[8000000];
        for (int i = 0; i < 8000000; i++) {
            arr[i] = (int) (Math.random() * 8000000); // 生成一个[0, 8000000) 数
        }
        System.out.println("排序前");
        Date data1 = new Date();
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String date1Str = simpleDateFormat.format(data1);
        System.out.println("排序前的时间是=" + date1Str);
        heapSort(arr);
        Date data2 = new Date();
        String date2Str = simpleDateFormat.format(data2);
        System.out.println("排序前的时间是=" + date2Str);
        //System.out.println("排序后=" + Arrays.toString(arr));
    }
    
    //编写一个堆排序的方法
    public static void heapSort(int arr[]) {
        int temp = 0;
        System.out.println("堆排序!!");
    
        // //分步完成
        // adjustHeap(arr, 1, arr.length);
        // System.out.println("第一次" + Arrays.toString(arr)); // 4, 9, 8, 5, 6

        // adjustHeap(arr, 0, arr.length);
        // System.out.println("第 2 次" + Arrays.toString(arr)); // 9,6,8,5,4
        //完成我们最终代码
        //将无序序列构建成一个堆，根据升序降序需求选择大顶堆或小顶堆
        for(int i = arr.length / 2 -1; i >=0; i--) {
            adjustHeap(arr, i, arr.length);
        }
        
        /*
        * 2).将堆顶元素与末尾元素交换，将最大元素"沉"到数组末端;
        3).重新调整结构，使其满足堆定义，然后继续交换堆顶元素与当前末尾元素，反复执行调整+交换
        步骤，直到整个序列有序。
        */
        
        for(int j = arr.length-1;j >0; j--) {
            //交换
            temp = arr[j];
            arr[j] = arr[0];
            arr[0] = temp;
            adjustHeap(arr, 0, j);
        }
        //System.out.println("数组=" + Arrays.toString(arr));
    }
    
    //将一个数组(二叉树), 调整成一个大顶堆
    /**
    * 功能： 完成 将 以 i 对应的非叶子结点的树调整成大顶堆
    * 举例 int arr[] = {4, 6, 8, 5, 9}; => i = 1 => adjustHeap => 得到 {4, 9, 8, 5, 6}
    * 如果我们再次调用 adjustHeap 传入的是 i = 0 => 得到 {4, 9, 8, 5, 6} => {9,6,8,5, 4}
    * @param arr 待调整的数组
    * @param i 表示非叶子结点在数组中索引
    * @param lenght 表示对多少个元素继续调整， length 是在逐渐的减少
    */
    public static void adjustHeap(int arr[], int i, int lenght) {
        int temp = arr[i];//先取出当前元素的值，保存在临时变量
        //开始调整

        //1. k = i * 2 + 1 k 是 i 结点的左子结点
        for(int k = i * 2 + 1; k < lenght; k = k * 2 + 1) {
            if(k+1 < lenght && arr[k] < arr[k+1]) { //说明左子结点的值小于右子结点的值
                k++; // k 指向右子结点
            }
            if(arr[k] > temp) { //如果子结点大于父结点
                arr[i] = arr[k]; //把较大的值赋给当前结点
                i = k; //!!! i 指向 k,继续循环比较
            } else {
                break;//!
            }
        }
    
        //当 for 循环结束后，我们已经将以 i 为父结点的树的最大值，放在了 最顶(局部)
        arr[i] = temp;//将 temp 值放到调整后的位置
    }
}