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一步一步寫算法(之堆排序)

編輯:關於C語言

 

【 聲明:版權所有,歡迎轉載,請勿用於商業用途。  聯系信箱:feixiaoxing @163.com】

 

 

 

 

    堆排序是另外一種常用的遞歸排序。因為堆排序有著優秀的排序性能,所以在軟件設計中也經常使用。堆排序有著屬於自己的特殊性質,和二叉平衡樹基本是一致的。打一個比方說,處於大堆中的每一個數據都必須滿足這樣一個特性:

 

    (1)每一個array[n] 大於array[2*n]

 

    (2)每一個array[n]大於array[2 * n + 1]

 

    構建這樣一個堆只是基礎,後面我們需要每次從堆的頂部拿掉一個數據,不斷調整堆,直到這個數組變成有序數組為主。所以詳細的堆排序算法應該是這樣的:

 

    1)構建大堆,使得堆中的每一個數據都滿足上面提到的性質

 

    2)將堆的第一個數據和堆的最後一個數據進行互換,然後重新調整堆,直到堆重新平衡為止

 

    3)重復2)的過程,直到整個數組有序。

 

 

 

 

    上面的描述過程很簡單,那麼實踐操作是怎麼樣的呢?

 

    a)對入參進行判斷

 

 

void heap_sort(int array[], int length) 

    if(NULL == array || 0 == length) 

        return ; 

 

    /* to make sure data starts at number 1 */ 

    _heap_sort(array-1, length); 

void heap_sort(int array[], int length)

{

       if(NULL == array || 0 == length)

              return ;

 

       /* to make sure data starts at number 1 */

       _heap_sort(array-1, length);

}    b)構建大堆和調整大堆

 

 

void _heap_sort(int array[], int length) 

    int index = 0; 

    int median = 0; 

    construct_big_heap(array, length); 

 

    for(index = length; index > 1; index --) 

    { 

        median = array[1]; 

        array[1] = array[index]; 

        array[index] = median; 

 

        reconstruct_heap(array, 1, index-1); 

    } 

void _heap_sort(int array[], int length)

{

       int index = 0;

       int median = 0;

       construct_big_heap(array, length);

 

       for(index = length; index > 1; index --)

       {

              median = array[1];

              array[1] = array[index];

              array[index] = median;

 

              reconstruct_heap(array, 1, index-1);

       }

}    c)構建大堆的細節操作部分

 

 

void set_sorted_value(int array[], int length) 

    int index = length; 

    int median = 0; 

    if(length == 1) return; 

 

    while(index > 1){ 

        if(array[index >> 1] >= array[index]) 

            break; 

 

        median = array[index]; 

        array[index] = array[index >> 1]; 

        array[index >> 1] = median; 

        index >>= 1; 

    } 

 

void construct_big_heap(int array[], int length) 

    int index = 0 ; 

 

    for(index = 1; index <= length; index ++) 

    { 

        set_sorted_value(array, index); 

    } 

void set_sorted_value(int array[], int length)

{

       int index = length;

       int median = 0;

       if(length == 1) return;

 

       while(index > 1){

              if(array[index >> 1] >= array[index])

                     break;

 

              median = array[index];

              array[index] = array[index >> 1];

              array[index >> 1] = median;

              index >>= 1;

       }

}

 

void construct_big_heap(int array[], int length)

{

       int index = 0 ;

 

       for(index = 1; index <= length; index ++)

       {

              set_sorted_value(array, index);

       }

}    d)大堆迭代調整

 

 

void reconstruct_heap(int array[], int index, int length) 

    int swap = 0; 

    if(length < index << 1) 

        return; 

 

    if(length == index << 1){ 

        adjust_leaf_position(array, index); 

        return; 

    } 

 

    if(-1 != (swap = adjust_normal_position(array, index))){ 

        reconstruct_heap(array, swap, length); 

    } 

void reconstruct_heap(int array[], int index, int length)

{

       int swap = 0;

       if(length < index << 1)

              return;

 

       if(length == index << 1){

              adjust_leaf_position(array, index);

              return;

       }

 

       if(-1 != (swap = adjust_normal_position(array, index))){

              reconstruct_heap(array, swap, length);

       }

}    e)對單分支節點和滿分支節點分別處理

 

 

int adjust_normal_position(int array[], int index) 

    int left = index << 1 ; 

    int right = left + 1; 

    int median = 0; 

    int swap = 0; 

 

    if(array[index] >= array[left]){ 

        if(array[index] >= array[right]){ 

            return -1; 

        }else{ 

            swap = right; 

        } 

    }else{ 

        if(array[index] >= array[right]){ 

            swap = left; 

        }else{ 

            swap = array[left] > array[right] ? left : right; 

        } 

    } 

 

    if(swap == left) { 

        median = array[index]; 

        array[index] = array[left]; 

        array[left] = median; 

    }else{ 

        median = array[index]; 

        array[index] = array[right]; 

        array[right] = median; 

    } 

 

    return swap; 

 

STATUS adjust_leaf_position(int array[], int index) 

    int median = 0; 

    if(array[index] > array[index << 1]) 

        return TRUE; 

 

    median = array[index]; 

    array[index] = array[index << 1]; 

    array[index << 1] = median; 

    return FALSE; 

int adjust_normal_position(int array[], int index)

{

       int left = index << 1 ;

       int right = left + 1;

       int median = 0;

       int swap = 0;

 

       if(array[index] >= array[left]){

              if(array[index] >= array[right]){

                     return -1;

              }else{

                     swap = right;

              }

       }else{

              if(array[index] >= array[right]){

                     swap = left;

              }else{

                     swap = array[left] > array[right] ? left : right;

              }

       }

 

       if(swap == left) {

              median = array[index];

              array[index] = array[left];

              array[left] = median;

       }else{

              median = array[index];

              array[index] = array[right];

              array[right] = median;

       }

 

       return swap;

}

 

STATUS adjust_leaf_position(int array[], int index)

{

       int median = 0;

       if(array[index] > array[index << 1])

              return TRUE;

 

       median = array[index];

       array[index] = array[index << 1];

       array[index << 1] = median;

       return FALSE;

}

    f)堆排序算法介紹完畢,創建測試用例驗證

 

 

static void test1() 

    int array[] = {1}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

 

static void test2() 

    int array[] = {2, 1}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

    assert(1 == array[0]); 

    assert(2 == array[1]); 

 

static void test3() 

    int array[] = {3, 2, 1}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

    assert(1 == array[0]); 

    assert(2 == array[1]); 

    assert(3 == array[2]); 

 

static void test4() 

    int array[] = {2, 3, 1}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

    assert(1 == array[0]); 

    assert(2 == array[1]); 

    assert(3 == array[2]); 

 

static void test5() 

    int array[] = {5,3, 4, 1}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

    assert(1 == array[0]); 

    assert(3 == array[1]); 

    assert(4 == array[2]); 

    assert(5 == array[3]); 

 

static void test6() 

    int array[] = {2, 3,6, 8, 7}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

    assert(2 == array[0]); 

    assert(3 == array[1]); 

    assert(6 == array[2]); 

    assert(7 == array[3]); 

    assert(8 == array[4]); 

 

static void test7() 

    int array[] = {3,4,2,7,1,9,8,6,5}; 

    heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int)); 

    assert(1 == array[0]); 

    assert(2 == array[1]); 

    assert(3 == array[2]); 

    assert(4 == array[3]); 

    assert(5 == array[4]); 

    assert(6 == array[5]); 

    assert(7 == array[6]); 

    assert(8 == array[7]); 

    assert(9 == array[8]); 

static void test1()

{

       int array[] = {1};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

}

 

static void test2()

{

       int array[] = {2, 1};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

       assert(1 == array[0]);

       assert(2 == array[1]);

}

 

static void test3()

{

       int array[] = {3, 2, 1};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

       assert(1 == array[0]);

       assert(2 == array[1]);

       assert(3 == array[2]);

}

 

static void test4()

{

       int array[] = {2, 3, 1};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

       assert(1 == array[0]);

       assert(2 == array[1]);

       assert(3 == array[2]);

}

 

static void test5()

{

       int array[] = {5,3, 4, 1};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

       assert(1 == array[0]);

       assert(3 == array[1]);

       assert(4 == array[2]);

       assert(5 == array[3]);

}

 

static void test6()

{

       int array[] = {2, 3,6, 8, 7};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

       assert(2 == array[0]);

       assert(3 == array[1]);

       assert(6 == array[2]);

       assert(7 == array[3]);

       assert(8 == array[4]);

}

 

static void test7()

{

       int array[] = {3,4,2,7,1,9,8,6,5};

       heap_sort(array, sizeof(array)/sizeof(int));

       assert(1 == array[0]);

       assert(2 == array[1]);

       assert(3 == array[2]);

       assert(4 == array[3]);

       assert(5 == array[4]);

       assert(6 == array[5]);

       assert(7 == array[6]);

       assert(8 == array[7]);

       assert(9 == array[8]);

}

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