C言語でヒープソートを実装する方法について教えてください。

2年 ago
結衣, 春花
1 minute

ヒープ構造を用いたソートアルゴリズムで、主な手順は以下のとおりです。

  1. 待ソート配列を、各親ノードの値が左右の子ノードの値より大きい（または小さい）ように、大ヒープ（または小ヒープ）として構築する。
  2. 先頭に来た要素（つまり配列の最初の要素）と末尾の要素を交換し、ヒープの領域を狭くして改めてヒープを調整し、ヒープの性質を満たすようにします。
  3. ２までステップを繰り返し、ヒープ領域が１となるまで行うと、ソート完了です。

C言語でヒープソートを実装するコードは次のとおりです。

// 交换两个元素
void swap(int* a, int* b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

// 调整堆
void heapify(int arr[], int n, int i) {
    int largest = i; // 将当前父节点设为最大值
    int left = 2 * i + 1; // 左子节点
    int right = 2 * i + 2; // 右子节点

    // 如果左子节点大于父节点
    if (left < n && arr[left] > arr[largest]) {
        largest = left;
    }

    // 如果右子节点大于父节点
    if (right < n && arr[right] > arr[largest]) {
        largest = right;
    }

    // 如果最大值不是父节点，则交换父节点和最大值
    if (largest != i) {
        swap(&arr[i], &arr[largest]);
        // 继续调整堆
        heapify(arr, n, largest);
    }
}

// 堆排序
void heapSort(int arr[], int n) {
    // 构建堆
    for (int i = n / 2 - 1; i >= 0; i--) {
        heapify(arr, n, i);
    }

    // 逐个从堆顶取出元素
    for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
        // 将堆顶元素（最大值）与当前堆范围的末尾元素交换
        swap(&arr[0], &arr[i]);
        // 缩小堆的范围，重新调整堆
        heapify(arr, i, 0);
    }
}

使用例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[] = { 12, 11, 13, 5, 6, 7 };
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    heapSort(arr, n);

    printf("排序结果：");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

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