【图解数据结构】一组动画彻底理解堆排序
由于LeetCode上的算法题很多涉及到一些基础的数据结构,为了更好的理解后续更新的一些复杂题目的动画,推出一个新系列 -----《图解数据结构》,主要使用动画来描述常见的数据结构和算法。本系列包括十大排序、堆、队列、树、并查集、图等等大概几十篇。
预备知识:堆结构
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;或者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。
堆排序
堆排序(Heapsort)是指利用堆这种数据结构(后面的【图解数据结构】内容会讲解分析)所设计的一种排序算法。堆积是一个近似完全二叉树的结构,并同时满足堆积的性质:即子结点的键值或索引总是小于(或者大于)它的父节点。堆排序可以说是一种利用堆的概念来排序的选择排序。分为两种方法:
大顶堆:每个节点的值都大于或等于其子节点的值,在堆排序算法中用于升序排列;
小顶堆:每个节点的值都小于或等于其子节点的值,在堆排序算法中用于降序排列;
堆排序的平均时间复杂度为 Ο(nlogn)。
算法步骤
创建一个堆 H[0……n-1];
把堆首(最大值)和堆尾互换;
把堆的尺寸缩小 1,并调用 shift_down(0),目的是把新的数组顶端数据调整到相应位置;
重复步骤 2,直到堆的尺寸为 1。
来源:https://github.com/hustcc/JS-Sorting-Algorithm
算法演示
排序动画过程解释
首先,将所有的数字存储在堆中
按大顶堆构建堆,其中大顶堆的一个特性是数据将被从大到小取出,将取出的数字按照相反的顺序进行排列,数字就完成了排序
在这里数字 5 先入堆
数字 2 入堆
数字 7 入堆, 7 此时是最后一个节点,与最后一个非叶子节点(也就是数字 5 )进行比较,由于 7 大于 5 ,所以 7 和 5 交互
按照上述的操作将所有数字入堆,然后从左到右,从上到下进行调整,构造出大顶堆
入堆完成之后,将堆顶元素取出,将末尾元素置于堆顶,重新调整结构,使其满足堆定义
堆顶元素数字 7 取出,末尾元素数字 4 置于堆顶,为了维护好大顶堆的定义,最后一个非叶子节点数字 5 与 4 比较,而后交换两个数字的位置
反复执行调整+交换步骤,直到整个序列有序
代码实现
为了更好的让读者用自己熟悉的编程语言来理解动画,笔者将贴出多种编程语言的参考代码,代码全部来源于网上。
Go代码实现
Java代码实现
Python代码实现
JavaScript代码实现
如果你是iOS开发者,可以在GitHub上 https://github.com/MisterBooo/Play-With-Sort-OC 获取更直观可调试运行的源码。