【Python排序搜尋基本演算法】之堆排序
阿新 • • 發佈:2019-01-27
堆是一種完全二叉樹,堆排序是一種樹形選擇排序,利用了大頂堆堆頂元素最大的特點,不斷取出最大元素,並調整使剩下的元素還是大頂堆,依次取出最大元素就是排好序的列表。舉例如下,把序列[26,5,77,1,61,11,59,15,48,19]排序,如下:
基於堆的優先佇列演算法程式碼如下:
def fixUp(a): #在堆尾加入新元素,fixUp恢復堆的條件 k=len(a)-1 while k>1 and a[k//2]<a[k]: a[k//2],a[k]=a[k],a[k//2] k=k//2 def fixDown(a): #取a[1]返回的值,然後把a[N]移到a[1],fixDown來恢復堆的條件 k=1 N=len(a)-1 while 2*k<=N: j=2*k if j<N and a[j]<a[j+1]: j+=1 if a[k]<a[j]: a[k],a[j]=a[j],a[k] k=j else: break def insert(a,elem): a.append(elem) fixUp(a) def delMax(a): maxElem=a[1] N=len(a) if N<=1: print('There\'s none element in the list') return -1 if N==2: return a[1] else: a[1]=a.pop() fixDown(a) return maxElem data=[-1,] #第一個元素不用,佔位 insert(data,26) insert(data,5) insert(data,77) insert(data,1) insert(data,61) insert(data,11) insert(data,59) insert(data,15) insert(data,48) insert(data,19) result=[] N=len(data)-1 for i in range(N): print(data) result.append(delMax(data)) print(result)
fixUp函式用於向列表的尾部新增一個新的元素,然後調整成大頂堆;fixDown函式用於取出大頂堆最大的元素後,把列表尾部的元素放到堆頂位置,然後再調整成大頂堆;insert函式是每次插入一個新的元素並調整成為大頂堆;delMax函式把最大的元素返回出來並把剩下的元素調整成為大頂堆。 輸出如下:
[-1, 77, 61, 59, 48, 19, 11, 26, 1, 15, 5] [-1, 61, 48, 59, 15, 19, 11, 26, 1, 5] [-1, 59, 48, 26, 15, 19, 11, 5, 1] [-1, 48, 19, 26, 15, 1, 11, 5] [-1, 26, 19, 11, 15, 1, 5] [-1, 19, 15, 11, 5, 1] [-1, 15, 5, 11, 1] [-1, 11, 5, 1] [-1, 5, 1] [-1, 1] [77, 61, 59, 48, 26, 19, 15, 11, 5, 1]
前面的輸出是不斷取出最大元素後的大頂堆,由於是完全二叉樹,根據列表可以自己寫出大頂堆的樹形結構,就不在這裡贅述,最後一行是排好序的列表。 ------------------------------------------------------------------------------------ 下面是堆排序演算法,程式碼如下:
def fixDown(a,k,n): #自頂向下堆化,從k開始堆化 N=n-1 while 2*k<=N: j=2*k if j<N and a[j]<a[j+1]: #選出左右孩子節點中更大的那個 j+=1 if a[k]<a[j]: a[k],a[j]=a[j],a[k] k=j else: break def heapSort(l): n=len(l)-1 for i in range(n//2,0,-1): fixDown(l,i,len(l)) while n>1: l[1],l[n]=l[n],l[1] fixDown(l,1,n) n-=1 return l[1:] l=[-1,26,5,77,1,61,11,59,15,48,19] #第一個元素不用,佔位 res=heapSort(l) print(res)
輸出如下:
[1, 5, 11, 15, 19, 26, 48, 59, 61, 77]