优化堆排序

上一节的堆排序，我们开辟了额外的空间进行构造堆和对堆进行排序。这一小节，我们进行优化，使用原地堆排序。

对于一个最大堆，首先将开始位置数据和数组末尾数值进行交换，那么数组末尾就是最大元素，然后再对W元素进行 shift down 操作，重新生成最大堆，然后将新生成的最大数和整个数组倒数第二位置进行交换，此时倒数第二位置就是倒数第二大数据，这个过程以此类推。

整个过程可以用如下图表示：

Java 实例代码

源码包下载：Downloadhttps://www.runoob.com/wp-content/uploads/2020/09/runoob-algorithm-HeapSort.zip

src/runoob/heap/HeapSort.java 文件代码：

package runoob.heap;

import runoob.sort.SortTestHelper;

/**
* 原地堆排序
*/
public class HeapSort<T extends Comparable> {

public static void sort(Comparable[] arr) {

int n = arr.length;

// 注意，此时我们的堆是从0开始索引的
// 从(最后一个元素的索引-1)/2开始
// 最后一个元素的索引 = n-1
for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
shiftDown(arr, n, i);

for (int i = n - 1; i > 0; i--) {
swap(arr, 0, i);
shiftDown(arr, i, 0);
}
}

// 交换堆中索引为i和j的两个元素
private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
Object t = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = t;
}

// 原始的shiftDown过程
private static void shiftDown(Comparable[] arr, int n, int k) {

while (2 * k + 1 < n) {
//左孩子节点
int j = 2 * k + 1;
//右孩子节点比左孩子节点大
if (j + 1 < n && arr[j + 1].compareTo(arr[j]) > 0)
j += 1;
//比两孩子节点都大
if (arr[k].compareTo(arr[j]) >= 0) break;
//交换原节点和孩子节点的值
swap(arr, k, j);
k = j;
}
}

// 测试 HeapSort
public static void main(String[] args) {

int N = 100;
Integer[] arr = SortTestHelper.generateRandomArray(N, 0, 100000);
sort(arr);
// 将heapify中的数据逐渐使用extractMax取出来
// 取出来的顺序应该是按照从大到小的顺序取出来的
for (int i = 0; i < N; i++) {
System.out.print(arr[i] + " ");
}
// 确保arr数组是从大到小排列的
for (int i = 1; i < N; i++)
assert arr[i - 1] >= arr[i];
}
}