大顶堆:堆可以看做一个完全二叉树,如果该完全二叉树满足双亲结点大于等于孩子结点,则这样的堆也称为大顶堆。
小顶堆:如果完全二叉树满足双亲结点小于等于孩子结点,则这样的堆也称为小顶堆。
对于一个数组生成的完全二叉树,如果完全二叉树中的一个节点对应数组中的下标索引为index,则这个节点的左右子节点对应数组中的下标索引为:
left = index * 2 + 1
right = index * 2 + 2 保证 left<arr.length;
则数组生成大顶堆的实现代码如下:
public static void maxHeap(int[] arr, int size, int index){
//左子节点
int leftNode = 2*index +1;
//右子节点
int rightNode = 2*index +2;
int max = index;
//和两个子节点对比,找出最大的一个节点
if(leftNode<size&&arr[leftNode]>arr[max]){
max = leftNode;
}
if(rightNode<size&&arr[rightNode]>arr[max]){
max = rightNode;
}
//交换位置
if(max != index){
int temp = arr[index];
arr[index] = arr[max];
arr[max] = temp;
//递归调用maxHeap
maxHeap(arr,size,max);
}
}
//测试用例
public static void main(String[] args){
int[] arr = new int[]{9,6,8,7,0,1,10,4,2};
//开始位置时最后一个非叶子节点,即最后一个节点的父节点
int start = (arr.length-1)/2;
//调整为大顶堆
for(int i=start; i>=0; i--){
maxHeap(arr, arr.length, i);
}
}
然后是堆排序:
1、数组中的下标索引依次对应完全二叉树的节点,然后把完全二叉树变成大顶堆,这样数组中的第一个元素就是完全二叉树根节点的值。
2、把数组中的第一个元素与第arr.length个元素交换位置,然后对前arr.length-1个元素重新生成大顶堆。以后依次把第一个元素与第arr.length – i 个元素交换位置。直到arr.length – i =1。
3、此时的数组就是进行升序排序后的数组。如果进行降序排序,可以选择小顶堆的方式。
实现代码如下:
public static void maxHeap(int[] arr, int size, int index){
//左子节点
int leftNode = 2*index +1;
//右子节点
int rightNode = 2*index +2;
int max = index;
//和两个子节点对比,找出最大的一个节点
if(leftNode<size&&arr[leftNode]>arr[max]){
max = leftNode;
}
if(rightNode<size&&arr[rightNode]>arr[max]){
max = rightNode;
}
//交换位置
if(max != index){
int temp = arr[index];
arr[index] = arr[max];
arr[max] = temp;
//递归调用maxHeap
maxHeap(arr,size,max);
}
}
//堆排序
public static void HeapSort(int[] arr) {
//开始位置时最后一个非叶子节点,即最后一个节点的父节点
int start = (arr.length-1)/2;
//调整为大顶堆
for(int i=start; i>=0; i--){
maxHeap(arr, arr.length, i);
}
//取出最大值,继续调整剩下的为大顶堆
for(int j = arr.length-1; j>=0; j--) {
int temp = arr[0];
arr[0] = arr[j];
arr[j] = temp;
maxHeap(arr,j,0);
}
}