【GIF动画+完整可运行源代码】C++实现 堆排序——十大经典排序算法之七

堆排序Heapsort是指利用堆这种数据结构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。

算法步骤：

• 将初始待排序关键字序列(R1,R2….Rn)构建成大顶堆，此堆为初始的无序区；

• 将堆顶元素R[1]与最后一个元素R[n]交换，此时得到新的无序区(R1,R2,……Rn-1)和新的有序区(Rn)，且满足R[1,2…n-1]<=R[n]；

• 由于交换后新的堆顶R[1]可能违反堆的性质，因此需要对当前无序区(R1,R2,……Rn-1)调整为新堆，然后再次将R[1]与无序区最后一个元素交换，得到新的无序区(R1,R2….Rn-2)和新的有序区(Rn-1,Rn)。不断重复此过程直到有序区的元素个数为n-1，则整个排序过程完成。
  

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代码展示

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
 
// 递归方式构建大根堆(len是arr的长度，index是第一个非叶子节点的下标)
void adjust(vector<int> &arr, int len, int index)
{
    
    
    int left = 2*index + 1; // index的左子节点
    int right = 2*index + 2;// index的右子节点
 
    int maxIdx = index;
    if(left<len && arr[left] > arr[maxIdx])     maxIdx = left;
    if(right<len && arr[right] > arr[maxIdx])     maxIdx = right;
 
    if(maxIdx != index)
    {
    
    
        swap(arr[maxIdx], arr[index]);
        adjust(arr, len, maxIdx);
    }
 
}
 
// 堆排序
void heapSort(vector<int> &arr, int size)
{
    
    
    // 构建大根堆（从最后一个非叶子节点向上）
    for(int i=size/2 - 1; i >= 0; i--)
    {
    
    
        adjust(arr, size, i);
    }
 
    // 调整大根堆
    for(int i = size - 1; i >= 1; i--)
    {
    
    
        swap(arr[0], arr[i]);           // 将当前最大的放置到数组末尾
        adjust(arr, i, 0);              // 将未完成排序的部分继续进行堆排序
    }
}
 
int main()
{
    
    
    vector<int> arr = {
    
    8, 1, 14, 3, 21, 5, 7, 10};
    heapSort(arr, arr.size());
    for(int i=0;i<arr.size();i++)
    {
    
    
        cout<<arr[i]<<endl;
    }
    return 0;
}