十大排序算法之——堆排序算法(Java实现)及思路讲解

堆排序是一种非常有效的排序算法,它利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。堆是一个近似完全二叉树的结构,并同时满足堆积的性质:即子节点的键值或索引总是小于(或者大于)它的父节点。堆排序可以分为两个主要部分:建堆和堆调整。

以下是Java实现堆排序的详细过程,我会尽量控制在1500字以内:

首先,我们定义堆排序的主体类,并声明一些必要的变量和方法:

java 复制代码
public class HeapSort {
    public void sort(int[] arr) {
        int len = arr.length;

        // 第一步:构建大顶堆
        buildMaxHeap(arr, len);

        // 第二步:进行堆排序
        for (int i = len - 1; i > 0; i--) {
            // 将当前最大元素 arr[0] 与末尾元素交换
            swap(arr, 0, i);
            // 重新对剩余元素构建大顶堆
            maxHeapify(arr, 0, i);
        }
    }

    // 构建大顶堆
    private void buildMaxHeap(int[] arr, int len) {
        for (int i = len / 2 - 1; i >= 0; i--) {
            maxHeapify(arr, i, len);
        }
    }

    // 调整大顶堆
    private void maxHeapify(int[] arr, int i, int len) {
        int left = 2 * i + 1;
        int right = 2 * i + 2;
        int largest = i;
        if (left < len && arr[left] > arr[largest]) {
            largest = left;
        }
        if (right < len && arr[right] > arr[largest]) {
            largest = right;
        }
        if (largest != i) {
            swap(arr, i, largest);
            maxHeapify(arr, largest, len);
        }
    }

    // 交换数组中的两个元素
    private void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }
}

上述代码中,sort方法是堆排序的入口,它首先调用buildMaxHeap方法构建一个大顶堆,然后依次将堆顶元素(即当前最大元素)与末尾元素交换,并对剩余元素重新构建大顶堆,直到所有元素排序完成。

buildMaxHeap方法从最后一个非叶子节点开始,依次向前遍历,对每个节点调用maxHeapify方法进行堆调整,以确保每个节点的子树都满足大顶堆的性质。

maxHeapify方法是堆调整的核心,它首先找出当前节点及其子节点中的最大元素,如果最大元素不是当前节点,则交换当前节点和最大元素,并对交换后的子树递归调用maxHeapify方法进行堆调整。

swap方法是一个辅助方法,用于交换数组中的两个元素。

现在,我们可以使用上述的HeapSort类来进行堆排序:

java 复制代码
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
        HeapSort heapSort = new HeapSort();
        heapSort.sort(arr);
        for (int i : arr) {
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}

运行上述代码,将会输出排序后的数组元素:1 1 2 3 3 4 5 5 5 6 9

堆排序的时间复杂度为O(nlogn),其中n为待排序元素的个数。由于堆排序是一种原地排序算法,其空间复杂度为O(1)。这使得堆排序在处理大规模数据时具有很高的效率。同时,堆排序是一种不稳定的排序算法,即相等的元素在排序后可能会改变其相对顺序。

总的来说,堆排序是一种非常有效且实用的排序算法,它在处理大规模数据时具有很高的效率,并且在实际应用中有着广泛的应用。

相关推荐
罗曼蒂克在消亡2 分钟前
2.3MyBatis——插件机制
java·mybatis·源码学习
_GR14 分钟前
每日OJ题_牛客_牛牛冲钻五_模拟_C++_Java
java·数据结构·c++·算法·动态规划
ROBIN__dyc26 分钟前
表达式
算法
无限大.27 分钟前
c语言200例 067
java·c语言·开发语言
余炜yw28 分钟前
【Java序列化器】Java 中常用序列化器的探索与实践
java·开发语言
攸攸太上29 分钟前
JMeter学习
java·后端·学习·jmeter·微服务
无限大.29 分钟前
c语言实例
c语言·数据结构·算法
Kenny.志32 分钟前
2、Spring Boot 3.x 集成 Feign
java·spring boot·后端
六点半88833 分钟前
【C++】速通涉及 “vector” 的经典OJ编程题
开发语言·c++·算法·青少年编程·推荐算法
不修×蝙蝠34 分钟前
八大排序--01冒泡排序
java