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Python排序搜索基本算法之堆排序实例详解

运维开发网 https://www.qedev.com 2020-03-27 10:33 出处:网络 作者: littlethunder
本文实例讲述了Python排序搜索基本算法之堆排序。分享给大家供大家参考,具体如下:

本文实例讲述了Python排序搜索基本算法之堆排序。分享给大家供大家参考,具体如下:

堆是一种完全二叉树,堆排序是一种树形选择排序,利用了大顶堆堆顶元素最大的特点,不断取出最大元素,并调整使剩下的元素还是大顶堆,依次取出最大元素就是排好序的列表。举例如下,把序列[26,5,77,1,61,11,59,15,48,19]排序,如下:

Python排序搜索基本算法之堆排序实例详解

基于堆的优先队列算法代码如下:

def fixUp(a): #在堆尾加入新元素,fixUp恢复堆的条件
  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,然后把a[N]移到a[1],fixDown来恢复堆的条件
  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,] #第一个元素不用,占位
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函数用于向列表的尾部添加一个新的元素,然后调整成大顶堆;fixDown函数用于取出大顶堆最大的元素后,把列表尾部的元素放到堆顶位置,然后再调整成大顶堆;insert函数是每次插入一个新的元素并调整成为大顶堆;delMax函数把最大的元素返回出来并把剩下的元素调整成为大顶堆。

输出如下:

[-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]

前面的输出是不断取出最大元素后的大顶堆,由于是完全二叉树,根据列表可以自己写出大顶堆的树形结构,就不在这里赘述,最后一行是排好序的列表。

下面是堆排序算法,代码如下:

def fixDown(a,k,n): #自顶向下堆化,从k开始堆化
  N=n-1
  while 2*k<=N:
    j=2*k
    if j<N and a[j]<a[j+1]: #选出左右孩子节点中更大的那个
      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] #第一个元素不用,占位
res=heapSort(l)
print(res)

输出如下:

[1, 5, 11, 15, 19, 26, 48, 59, 61, 77]

PS:这里再为大家推荐一款关于排序的演示工具供大家参考:

在线动画演示插入/选择/冒泡/归并/希尔/快速排序算法过程工具:

http://tools.jb51.net/aideddesign/paixu_ys

更多关于Python相关内容感兴趣的读者可查看本站专题:《Python数据结构与算法教程》、《Python加密解密算法与技巧总结》、《Python编码操作技巧总结》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》及《Python入门与进阶经典教程》

希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

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