堆
堆(heap)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一類特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱,通常是一個(gè)可以被看做一棵樹的數(shù)組對(duì)象。
堆{k1,k2,ki,…,kn} (ki <= k2i,ki <= k2i+1)|(ki >= k2i,ki >= k2i+1), (i = 1,2,3,4...n/2)
關(guān)于堆:
- 堆中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的值總是不大于或不小于其父節(jié)點(diǎn)的值;
- 堆總是一棵完全二叉樹(下面)。
- 將根節(jié)點(diǎn)最大的堆叫做最大堆或大根堆,根節(jié)點(diǎn)最小的堆叫做最小堆或小根堆。
完全二叉樹
說(shuō)到堆排序,就不能不提完全二叉樹,這些基本概念在網(wǎng)上到處都是,我摘了個(gè)最簡(jiǎn)單的。。
完全二叉樹:除最后一層外,每一層上的節(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)到最大值;在最后一層上只缺少右邊的若干結(jié)點(diǎn)。
我自己總結(jié)認(rèn)為,正是因?yàn)橛邢旅鎯蓚€(gè)特點(diǎn),
- 只允許最后一層有空缺結(jié)點(diǎn)且空缺在右邊,即葉子結(jié)點(diǎn)只能在層次最大的兩層上出現(xiàn)(存儲(chǔ)方式的規(guī)則性);
- 若i>1,tree的雙親為tree[i div 2](其父子結(jié)點(diǎn)值的規(guī)律性);
才使得其進(jìn)行排序非常方便。
堆排序
堆排序求升序用大頂堆,求降序用小頂堆。
本例用求降序的小頂堆來(lái)解析。
堆排序步驟如下:
1、我們將數(shù)據(jù)(49、38、65、97、76、13、27、50)建立一個(gè)數(shù)組$arr;
2、用數(shù)組$arr建立一個(gè)小頂堆(主要步驟,會(huì)在代碼注釋里解釋,下圖是用一個(gè)數(shù)組建立小頂堆的過程);
3、將堆的根(最小的元素)與最后一個(gè)葉子交換,并將堆長(zhǎng)度減一,跳到第二步;
4、重復(fù)2-3步,直到堆中只有一個(gè)結(jié)點(diǎn),排序完成。
堆排序的php實(shí)現(xiàn)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
|
//因?yàn)槭菙?shù)組,下標(biāo)從0開始,所以,下標(biāo)為n根結(jié)點(diǎn)的左子結(jié)點(diǎn)為2n+1,右子結(jié)點(diǎn)為2n+2; //初始化值,建立初始堆 $arr = array (49,38,65,97,76,13,27,50); $arrsize = count ( $arr ); //將第一次排序抽出來(lái),因?yàn)樽詈笠淮闻判虿恍枰俳粨Q值了。 buildheap( $arr , $arrsize ); for ( $i = $arrsize -1; $i >0; $i --){ swap( $arr , $i ,0); $arrsize --; buildheap( $arr , $arrsize ); } //用數(shù)組建立最小堆 function buildheap(& $arr , $arrsize ){ //計(jì)算出最開始的下標(biāo)$index,如圖,為數(shù)字"97"所在位置,比較每一個(gè)子樹的父結(jié)點(diǎn)和子結(jié)點(diǎn),將最小值存入父結(jié)點(diǎn)中 //從$index處對(duì)一個(gè)樹進(jìn)行循環(huán)比較,形成最小堆 for ( $index = intval ( $arrsize /2)-1; $index >=0; $index --){ //如果有左節(jié)點(diǎn),將其下標(biāo)存進(jìn)最小值$min if ( $index *2+1< $arrsize ){ $min = $index *2+1; //如果有右子結(jié)點(diǎn),比較左右結(jié)點(diǎn)的大小,如果右子結(jié)點(diǎn)更小,將其結(jié)點(diǎn)的下標(biāo)記錄進(jìn)最小值$min if ( $index *2+2< $arrsize ){ if ( $arr [ $index *2+2]< $arr [ $min ]){ $min = $index *2+2; } } //將子結(jié)點(diǎn)中較小的和父結(jié)點(diǎn)比較,若子結(jié)點(diǎn)較小,與父結(jié)點(diǎn)交換位置,同時(shí)更新較小 if ( $arr [ $min ]< $arr [ $index ]){ swap( $arr , $min , $index ); } } } } //此函數(shù)用來(lái)交換下數(shù)組$arr中下標(biāo)為$one和$another的數(shù)據(jù) function swap(& $arr , $one , $another ){ $tmp = $arr [ $one ]; $arr [ $one ]= $arr [ $another ]; $arr [ $another ]= $tmp ; } |
下面是排序的最終結(jié)果:
堆用來(lái)進(jìn)行全排序,時(shí)間復(fù)雜度是o(nlogn)
而快排用來(lái)全排序,平均時(shí)間復(fù)雜度也是o(nlogn)
但堆排序可以用來(lái)求 topk 時(shí),堆的時(shí)間復(fù)雜度為o(klog2(n),因?yàn)樗恍枰M(jìn)行 k 輪排序即可。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持服務(wù)器之家。
原文鏈接:https://www.cnblogs.com/capacity-yang/p/13143875.html