💯 博客内容：【数据结构】向上调整建堆和向下调整建堆的天壤之别以及堆排序算法
😀 作 者：陈大大陈
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目录
向上调整
向上调整建堆
向下调整
向下调整建堆
两种方法的天壤之别
总结一下
堆排序
向上调整
void AdjustUp(HPDataType* a, int child)
{
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (a[child] > a[parent])
{
Swap(&a[child], &a[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}向上调整建堆
for (int i = 1; i < n; i++)
{
AdjustUp(a, i);
}向下调整
void AdjustDown(HPDataType* a, int n, int parent)
{
int child = parent * 2 + 1;
while (child < n)
{
if (child+1< n && a[child + 1] > a[child])
{
child++;
}
if (a[child] > a[parent])
{
Swap(&a[child], &a[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}向下调整建堆
for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
AdjustDown(a, n, i);
}两种方法的天壤之别
这两个建堆方法看似相同，实际却有着天壤之别。
具体的数值我们可以计算一下。
如图，二叉树的第h层有2^(h-1)个节点。
向下调整建堆最坏的情况就是每个节点都需要调整。
第一层有1个节点，最坏的情况是每个节点向下移动n-1层，次数就是1*(n-1)次。
第二层有2个节点，最坏的情况是每个节点向下移动n-2层，次数就是2*(n-2)次。
以此类推。。。
第n-2层有2^(n-3)个节点，最坏的情况是每个节点向下移动两层，次数就是2^(n-3)次.
第n-1层有2^(n-2)个节点，最坏的情况是每个节点向下移动一层，次数就是2^(n-2)次。
总共的计算次数就是f(h)=2^0*(n-1)+2^1*(n-2)+……+2^(h-3)*2+2*(n-2)*1次
这个数字我们可以用错位相减法计算出来。
最后得到的结果F(h）= 2^h -1 - h。
假设树的节点有N个。
那么根据公式，2 ^ h - 1= N。
把表达式往N上凑。
就得到F(N) = N - log(N+1)。
向下调整建堆的时间复杂度也就得出来了，log(N+1)的大小基本可忽略。
所以向下调整的时间复杂度是o(N)左右。
再来看向上调整建堆。
向上调整就没有这么优秀了。
假设树的高度是h,二叉树的最后一层就占了一半的节点。
我们仍旧按最坏的情况来算。
最后一层的每个节点都需要向上调整h-1次，光最后一层调整的次数就已经有2^(h-1)*(h-1)次了。
光看这一层可以看出差距。
上一条讲的向下调整的特点是节点多的层级调整的次数少，是少乘多。
而现在讲的向上调整恰恰相反。
节点多的层级调整的次数多，是多乘多，这就造成了时间复杂度的巨大差异。
同样来计算一下。
假设高度为h。
F(h)=2^1*1+2^2*2+……+2^(h-2)*h-2+2^(h-1)*(h-1)
同样使用错位相减，解得F(h) = 2^h * (h-2) + 2
因为 N = 2^h-1。
我们将F(h)换成关于N的式子，F(N) = (N+1) * (log(N+1) -2 ) + 2 。
同样是忽略掉不重要的数据，它的时间复杂度大概是O(N*logN)。它的量级比向下调整大了很多。
所以一般情况下，我们建堆一般是用向下调整。
总结一下
建堆——向下调整建堆——时间复杂度：O(N)
建堆——向上调整建堆——时间复杂度：O(N*logN)
时间复杂度上向下调整建堆优秀很多，我们建堆一般就使用它。
堆排序
void HeapSort(int* a, int n)
{
、
//向下调整建堆
for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
AdjustDown(a, n, i);
}
//向下排序
while (end>0)
{
Swap(&a[0], &a[end]);
AdjustDown(a,end, 0);
--end;
}
}
- 将待排序序列构造成一个大堆
- 此时，整个序列的最大值就是堆顶的根节点。
- 将其与末尾元素进行交换，此时末尾就为最大值。
- 然后将剩余n-1个元素重新构造成一个堆，这样会得到n个元素的次小值。如此反复执行，便能得到一个有序序列了。
- 可以看到在构建大顶堆的过程中，元素的个数逐渐减少，最后就得到一个有序序列了
- 向下排序和上面向上调整建堆很像，时间复杂度都可以认为是O(N*logN)。
