堆排序(java实现)

浏览数：17 / 时间：2015年06月08日

堆排序就是用大根堆或者小根堆的节点都比左孩子右孩子大（小）的特性来构建有序序列。

名词解释：

大根堆：所有节点（n）都比他的左孩子（2n+1）与右孩子（2n+2）大的完全二叉树。

小根堆：所有节点（n）都比他的左孩子（2n+1）与右孩子（2n+2）小的完全二叉树。

完全二叉树：深度为n的完全二叉树，在1到n-1层数上节点的个数符合2^(n-1)。最后一程的节点，倒数第二层的节点，如果有有右孩子，则必有左孩子，如果下一个节点有孩子，则前一个节点必然有孩子。

堆排序首先建立一个大根堆(小根堆)，然后根节点(root)的数与最后一个数(last)互换，现在本来在last的位置的数跑到了根节点，本来在根节点的数(最大或者最小的) 跑到了最后面，然后再忽略最后面一个数，前面n-1个数再建立大根堆(小根堆)。以上过程一直循环。

代码摘自堆排序算法的百度百科：http://baike.baidu.com/link?url=ZyTlSiNFb4nLqDu7A3Slr9Xw90J3sFHFcq5QTZq9gQxaU5ZTpx2oh79QtSSJZJT5

package com.example;
public class Test {
    private static int[] sort = new int[]{1,0,10,20,3,5,6,4,9,8,12,17,34,11};
    public static void main(String[] args) {
        buildMaxHeapify(sort);
        heapSort(sort);
        print(sort);
    }
  
    private static void buildMaxHeapify(int[] data){
        //没有子节点的才需要创建最大堆，从最后一个的父节点开始
        int startIndex = getParentIndex(data.length - 1);
        //从尾端开始创建最大堆，每次都是正确的堆
        for (int i = startIndex; i >= 0; i--) {
            maxHeapify(data, data.length, i);
        }
    }
  
    /**
    * 创建最大堆
    * @param data
    * @param heapSize 需要创建最大堆的大小，一般在sort的时候用到，因为最多值放在末尾，末尾就不再归入最大堆了
    * @param index 当前需要创建最大堆的位置
    */
    private static void maxHeapify(int[] data, int heapSize, int index){
        // 当前点与左右子节点比较
        int left = getChildLeftIndex(index);
        int right = getChildRightIndex(index);
  
        int largest = index;
        if (left < heapSize && data[index] < data[left]) {
            largest = left;
        }
        if (right < heapSize && data[largest] < data[right]) {
            largest = right;
        }
        //得到最大值后可能需要交换，如果交换了，其子节点可能就不是最大堆了，需要重新调整
        if (largest != index) {
            int temp = data[index];
            data[index] = data[largest];
            data[largest] = temp;
            maxHeapify(data, heapSize, largest);
        }
    }
  
    /**
    * 排序，最大值放在末尾，data虽然是最大堆，在排序后就成了递增的
    * @param data
    */
    private static void heapSort(int[] data){
        //末尾与头交换，交换后调整最大堆
        for (int i = data.length - 1; i > 0; i--) {
            int temp = data[0];
            data[0] = data[i];
            data[i] = temp;
            maxHeapify(data, i, 0);
        }
    }
  
    /**
    * 父节点位置
    * @param current
    * @return
    */
    private static int getParentIndex(int current){
        return (current - 1) >> 1;
    }
  
    /**
    * 左子节点position 注意括号，加法优先级更高
    * @param current
    * @return
    */
    private static int getChildLeftIndex(int current){
        return (current << 1) + 1;
    }
  
    /**
    * 右子节点position
    * @param current
    * @return
    */
    private static int getChildRightIndex(int current){
        return (current << 1) + 2;
    }
  
    private static void print(int[] data){
        int pre = -2;
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            if (pre < (int)getLog(i+1)) {
                pre = (int)getLog(i+1);
                System.out.println();
            } 
            System.out.print(data[i] + " ");
        }
    }
  
    /**
    * 以2为底的对数
    * @param param
    * @return
    */
    private static double getLog(double param){
        return Math.log(param)/Math.log(2);
    }
}