为什么堆排序的时间复杂度是O(N*logN)?

news2025/1/13 6:17:45

目录

前言:

堆排序(以排升序为例)

步骤(用大根堆,倒这排,排升序):

1.先把要排列的数组建立成大根堆

2.堆顶元素(82)和最后一个元素交换(2)

3.无视掉交换后的元素(82),对(2)进行向下调整

翻译成代码

mian方法:

heapSortUp方法:

siftDown方法:

堆排序时间复杂度分析:


前言:

本文章以升序为例进行讲解(实际上两种排列时间复杂度都一样,只是比较方式建立大小堆恰好相反)

文章涉及:

1.向下调整算法

2.建堆的方式及其时间复杂度

3.堆排序步骤和时间复杂度分析

注意:如果1,2点还不了解,建议学习完之后在来学习堆排序,才能明白下边讲的是什么。

这里有小编自己写的链接,详细介绍了堆的创建以及向下/向上调整算法:优先级队列(堆)

堆排序(以排升序为例)

如果是排升序,要建立大根堆,反之亦然。

排降序,建立小堆

为什么?

看完他的原理,就知道了。


以数组array={

4,6, 82, 7, 8, 9, 3, 2

}

为例

步骤(用大根堆,倒这排,排升序):

1.先把要排列的数组建立成大根堆

2.堆顶元素(82)和最后一个元素交换(2)

3.无视掉交换后的元素(82),对(2)进行向下调整

此时又变成了大根堆(无视已经排好的82):

此时的82已经被排号了

其是堆排序的整体思路已经讲完了,接下来就是循环执行2,3点
3和9换位置,然后无视排好的82,9,对3进行向下调整:

在向下调整完之后,又是一个大根堆,我们继续,循环这个逻辑,最终的结果就变成了:

这时,就是一个升序的数组了。

翻译成代码

mian方法:

public class Test {


    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = new int[]{4,6, 82, 7, 8, 9, 3, 2};//要排的数组
        BigHeap bigHeap = new BigHeap();//这个是我自己写的大根堆
        bigHeap.init(arr);//把数组传入对象
        bigHeap.creatHeap();//先建立起大堆
        bigHeap.heapSortUp();//进行堆排序


    }
}

heapSortUp方法:

1.我的堆,底层使用elem的数组实现的!!!!!

2.useSize是堆的容量

3.swap的两个参数都是数组的下标

public int[] heapSortUp() {


        int endIndex = useSize - 1;//最后一个下标的位置(也就是容量减1)
        while (endIndex > 0) {//如果等于零,就不用交换了
            swap(0, endIndex);//顶元素和最后一个元素交换
            endIndex--;//最后一个下标--,就可以起到无视排号数,的作用
            siftDown(0, endIndex);
        }
        return elem;
    }

siftDown方法:

public void siftDown(int parent, int end) {//parent end都是有效下标

        int child = 2 * parent + 1;//默认是左孩子
        while (child <= end) {//调整到最后一个子节点,为止
            //先判断是否有右孩子
            if (child + 1 <= end) {//如果有判断谁大,大的当左孩子
                if (elem[child] < elem[child + 1]) {
                    child++;
                }
            }

            //左孩子在和父节点进行比较
            if (elem[child] > elem[parent]) {//如果孩子节点大,那么父子交换位置
                swap(child, parent);
            } else {
                break;//如果父节点已经是最大的就不用调整了,这棵树就是大根堆
                //因为我们会从后往前,把这棵树(数组)一次遍历调整完
            }
            //下面继续往往下面调整
            parent = child;//当前的父亲,变成自己的孩子
            child = parent * 2 + 1;//孩子变成孩子的孩子
        }
    }

堆排序时间复杂度分析:

其实很简单,上面我们一共说了三个方法:

1.main

2.heapSortUp

3.siftDown

我们从main方法切入,实际上执行堆排序的程序就是这两步:

 public static void main(String[] args) {

        int[] arr = new int[]{4,6, 82, 7, 8, 9, 3, 2};
        BigHeap bigHeap = new BigHeap();
        bigHeap.init(arr);

//这两步:
        bigHeap.creatHeap();//先创建大根堆
        bigHeap.heapSortUp();//堆排序,内部实现等一下看


    }

学了堆我们都直到,建堆的时间复杂度是O(N)

然后在加上heapSortUp的时间复杂度,不就是堆排序的时间复杂度了吗?

具体看一下,heapSortUp:

 public int[] heapSortUp() {


        int endIndex = useSize - 1;
        while (endIndex > 0) {
            swap(0, endIndex);
            endIndex--;
            siftDown(0, endIndex);
        }
        return elem;
    }

useSize和siftDown是我们要计算的时间复杂度,其他都是常量不用管

useSize实际上就是所给数组的长度嘛,就是N咯

学了siftDown就是向下调整算法,向下调整算法向上调整算法的时间复杂度都是logN(以2为底)-----》至于怎么算的,可以看小编文章前言部分的链接

所以堆排序的时间复杂度==O(useSize)+O(siftDown)*O(creatHeap)=N+N*logN

然后取得最高阶,则时间复杂度就是O(N*logN)

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