堆排序

堆积排序(Heapsort)是指利用堆积树（堆）这种资料结构所设计的一种排序算法，可以利用数组的特点快速定位指定索引的元素。堆排序是不稳定的排序方法，辅助空间为O(1)， 最坏时间复杂度为O(nlog2n) ，堆排序的堆序的平均性能较接近于最坏性能。

堆排序利用了大根堆(或小根堆)堆顶记录的关键字最大(或最小)这一特征，使得在当前无序区中选取最大(或最小)关键字的记录变得简单。

（1）用大根堆排序的基本思想

① 先将初始文件R[1..n]建成一个大根堆,此堆为初始的无序区

② 再将关键字最大的记录R[1](即堆顶)和无序区的最后一个记录R[n]交换，由此得到新的无序区R[1..n-1]和有序区R[n]，且满足R[1..n-1].keys≤R[n].key

③由于交换后新的根R[1]可能违反堆性质，故应将当前无序区R[1..n-1]调整为堆。然后再次将R[1..n-1]中关键字最大的记录R[1]和该区间的最后一个记录R[n-1]交换，由此得到新的无序区R[1..n-2]和有序区R[n-1..n]，且仍满足关系R[1..n-2].keys≤R[n-1..n].keys，同样要将R[1..n-2]调整为堆。

……

直到无序区只有一个元素为止。

（2）大根堆排序算法的基本操作： 

① 初始化操作：将R[1..n]构造为初始堆；

② 每一趟排序的基本操作：将当前无序区的堆顶记录R[1]和该区间的最后一个记录交换，然后将新的无序区调整为堆(亦称重建堆)。

注意： 

①只需做n-1趟排序，选出较大的n-1个关键字即可以使得文件递增有序。

②用小根堆排序与利用大根堆类似，只不过其排序结果是递减有序的。堆排序和直接选择排序相反：在任何时刻堆排序中无序区总是在有序区之前，且有序区是在原向量的尾部由后往前逐步扩大至整个向量为止。

public class HeapSortTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        int[] data5 = new int[] { 5, 3, 6, 2, 1, 9, 4, 8, 7 };  
        print(data5);  
        heapSort(data5);  
        System.out.println("排序后的数组：");  
        print(data5);  
    }  
  
    public static void swap(int[] data, int i, int j) {  
        if (i == j) {  
            return;  
        }  
        data[i] = data[i] + data[j];  
        data[j] = data[i] - data[j];  
        data[i] = data[i] - data[j];  
    }  
  
    public static void heapSort(int[] data) {  
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {  
            createMaxdHeap(data, data.length - 1 - i);  
            swap(data, 0, data.length - 1 - i);  
            print(data);  
        }  
    }  
  
    public static void createMaxdHeap(int[] data, int lastIndex) {  
        for (int i = (lastIndex - 1) / 2; i >= 0; i--) {  
            // 保存当前正在判断的节点  
            int k = i;  
            // 若当前节点的子节点存在  
            while (2 * k + 1 <= lastIndex) {  
                // biggerIndex总是记录较大节点的值,先赋值为当前判断节点的左子节点  
                int biggerIndex = 2 * k + 1;  
                if (biggerIndex < lastIndex) {  
                    // 若右子节点存在，否则此时biggerIndex应该等于 lastIndex  
                    if (data[biggerIndex] < data[biggerIndex + 1]) {  
                        // 若右子节点值比左子节点值大，则biggerIndex记录的是右子节点的值  
                        biggerIndex++;  
                    }  
                }  
                if (data[k] < data[biggerIndex]) {  
                    // 若当前节点值比子节点最大值小，则交换2者得值，交换后将biggerIndex值赋值给k  
                    swap(data, k, biggerIndex);  
                    k = biggerIndex;  
                } else {  
                    break;  
                }  
            }  
        }  
    }  
  
    public static void print(int[] data) {  
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {  
            System.out.print(data[i] + "\t");  
        }  
        System.out.println();  
    }  
  
}  

——使记录序列按关键字非递减有序排列，则在堆排序的算法中先建立一个“大顶堆”，即先选得一个关键字为最大的记录，并与序列中最后一个记录交换，然后对序列中前n-1记录进行筛选，重新将它调整为一个“大顶堆”，如此反复直至排序结束。

import java.util.*;
 
public class HeapSort {
    public int[] heapSort(int[] A, int n) {
        // write code here
        for(int i=n/2; i>=0; i--){
            heapAdjust(A,i,n);
        }
         
        for(int i=n-1;i>0;i--){
            swap(A,0,i);
            heapAdjust(A,0,i);
        }
        return A;
    }
     
    void heapAdjust(int[] A,int index,int length){
        int childLeft;
        int temp = A[index];
        for( ;index*2+1 < length;index = childLeft){
            childLeft = index*2+1;
            if(childLeft !=length-1 && A[childLeft] < A[childLeft+1]){
                 childLeft++;
            }
            if(temp > A[childLeft]){
                break;
                 
            }                
            else {
                A[index] = A[childLeft];
                index = childLeft;
            }           
        }
         A[index] = temp;
         
    }
     
    static void  swap(int[] A,int m,int n){
        int temp = A[m];
        A[m] = A[n];
        A[n] = temp;
    }
}