C# 堆排序

C#  堆排序

using System;  
using System.Collections;  
namespace Sort  
{  
    public class HeapSorter  
    {  
        public static int[] Sort(int[] sortArray)  
        {  
            BuildMaxHeap(sortArray);  
            for (int i = (sortArray.Length - 1); i > 0; i--)  
            {  
                Swap(ref sortArray[0], ref sortArray[i]); // 将堆顶元素和无序区的最后一个元素交换  
                MaxHeapify(sortArray, 0, i); // 将新的无序区调整为堆，无序区在变小              
            }  
            return sortArray;  
        }  
        /// <summary>  
        /// 初始大根堆，自底向上地建堆  
        /// 完全二叉树的基本性质，最底层节点是 n/2，所以从 sortArray.Length / 2 开始  
        /// </summary>  
        private static void BuildMaxHeap(int[] sortArray)  
        {  
            for (int i = (sortArray.Length / 2) - 1; i >= 0; i--)  
            {  
                MaxHeapify(sortArray,i, sortArray.Length);  
            }  
        }  
        /// <summary>  
        /// 将指定的节点调整为堆  
        /// </summary>  
        /// <param name="i">需要调整的节点</param>  
        /// <param name="heapSize">堆的大小，也指数组中无序区的长度</param>  
        private static void MaxHeapify(int[] sortArray, int i, int heapSize)  
        {  
            int left = 2 * i + 1; // 左子节点  
            int right = 2 * i + 2; // 右子节点  
            int larger = i; // 临时变量，存放大的节点值  
            // 比较左子节点  
            if (left < heapSize && sortArray[left] > sortArray[larger])  
            {  
                larger = left;  
            }  
            // 比较右子节点  
            if (right < heapSize && sortArray[right] > sortArray[larger])  
            {  
                larger = right;  
            }  
            // 如有子节点大于自身就交换，使大的元素上移。  
            if (i != larger)  
            {  
                Swap(ref sortArray[i], ref sortArray[larger]);  
                MaxHeapify(sortArray, larger, heapSize);  
            }  
        }  
        //数组内元素互换  
        private static void Swap(ref int a, ref int b)  
        {  
            int t;  
            t = a;  
            a = b;  
            b = t;  
        }  
    }  
}

堆排序的想法：

利用大頂堆(小頂堆)堆頂記錄的是最大關鍵字(最小關鍵字)這一特性，使得每次從無序中選擇最大記錄(最小記錄)變得簡單。

其基本思想為(大頂堆)：

1)將初始待排序關鍵字序列(R1,R2....Rn)建構成大頂堆，此堆為初始的無序區；

2)將堆頂元素R[1]與最後一個元素R[n]交換，此時得到新的無序區(R1,R2,......Rn-1)和新的有序區( Rn),且滿足R[1,2...n-1]

3)由於交換後新的堆頂R[1]可能違反堆的性質，因此需要對當前無序區(R1,R2,......Rn-1)調整為新堆，然後再次將R[1]與無序區最後一個元素交換，得到新的無序區(R1,R2.. ..Rn-2)和新的有序區(Rn-1,Rn)。不斷重複此過程直到有序區的元素個數為n-1，則整個排序過程完成。

操作過程如下：

1)初始化堆：將R[1..n]構造為堆；

2)將目前無序區的堆頂元素R[1]同該區間的最後一個記錄交換，然後將新的無序區調整為新的堆。

因此對於堆排序，最重要的兩個操作就是構造初始堆和調整堆，其實構造初始堆事實上也是調整堆的過程，只不過構造初始堆是對所有的非葉節點都進行調整。

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