堆排序

[Geekhyt]

堆排序相比其他几种排序代码会有些复杂，不过没关系，我们先来看一些前置知识，可以帮助我们更好的理解堆排序。

堆排序顾名思义就是要利用堆这种数据结构进行排序。堆是一种特殊的树，满足以下两点就是堆：

1. 堆是一个完全二叉树
2. 堆中每一个节点的值都必须大于等于(或小于等于)其子树中的每个节点的值

每个节点的值都大于等于子树中每个节点值的堆，叫做大顶堆，每个节点的值都小于等于子树中每个节点值的堆，叫做小顶堆。

也就是说，大顶堆中，根节点是堆中最大的元素。小顶堆中，根节点是堆中最小的元素。

如果你对树这种数据结构还不是很了解，可以移步我的这篇专栏“树”业有专攻

堆如果用一个数组表示的话，给定一个节点的下标 i (i从1开始)，那么它的父节点一定为 A[i / 2]，左子节点为 A[2i]，右子节点为 A[2i + 1]。

堆排序包含两个过程，建堆和排序。首先构建一个大顶堆，也就是将最大值存储在根节点(i = 1)，每次取大顶堆的根节点与堆的最后一个节点进行交换，此时最大值放入了有效序列的最后一位，并且有效序列减 1，有效堆依然保持完全二叉树的结构，然后进行堆化成为新的大顶堆。重复此操作，直到有效堆的长度为 0，排序完成。

const heapSort = function(arr) {
    buildHeap(arr, arr.length - 1)
    let heapSize = arr.length - 1 // 初始化堆的有效序列长度
    for (let i = arr.length - 1; i > 1; i--) {
        swap(arr, 1, i) // 交换堆顶元素与最后一个有效子元素
        heapSize-- // 有效序列长度减 1
        heapify(arr, heapSize, 1) // 堆化有效序列
    }
    return arr
}

// 构建大顶堆
const buildHeap = function(items, heapSize) {
    // 从后往前并不是从序列的最后一个元素开始，而是从最后一个非叶子节点开始，这是因为，叶子节点没有子节点，不需要自上而下式堆化。
    // 最后一个子节点的父节点为 n/2 ，所以从 n/2 位置节点开始堆化
    for (let i = Math.floor(heapSize / 2); i >= 1; i--) {
        heapify(items, heapSize, i)
    }
}
// 堆化
const heapify = function(arr, heapSize, i) {
    while (true) {
        let maxIndex = i
        if (2 * i <= heapSize && arr[i] < arr[i * 2]) {
            maxIndex = i * 2
        }
        if (2 * i + 1 <= heapSize && arr[maxIndex] < arr[i * 2 + 1]) {
            maxIndex = i * 2 + 1
        }
        if (maxIndex === i) break
        swap(arr, i, maxIndex)
        i = maxIndex
    }
}

// 交换工具函数
const swap = function(arr, i, j) {
    let temp = arr[i]
    arr[i] = arr[j]
    arr[j] = temp
}

• 时间复杂度: O(nlogn)
• 空间复杂度: O(1)
• 不稳定