堆排序 O(N*logN)

package class06;

import java.util.Arrays;

/**
 * 堆排序
 * O(N*logN)
 */
public class Code03_HeapSort {
    public static void heapSort(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        //从上往下建堆。O(N*logN)
        /*for (int i = 0; i < arr.length; i++) {//O(N)
            heapInsert(arr, i);O(logN)
        }*/
        //从下往上建堆。O(N)。
        //这种建堆方式的前提是，一次性将数组arr给出。
        //如果是一个数一个数地给出，只能使用第一种建堆方式，从上往下建。
        //掌握堆结构，比掌握堆排序更重要。
        for (int i = arr.length - 1; i >= 0; i--) {
            heapify(arr, i, arr.length);
        }
        int heapSize = arr.length;
        swap(arr, 0, --heapSize);
        //O(N*logN)
        while (heapSize > 0) {//O(N)
            heapify(arr, 0, heapSize);//O(logN)
            swap(arr, 0, --heapSize);//O(1)。第一个数和最后一个数交换，并将heapSize减一。也就是将最后一个数脱离arr数组。
        }
        //当堆的大小减小成0的时候，升序排序完成。
    }

    //堆化。
    //看一下，刚来的数arr[index]，能否往下走。
    private static void heapify(int[] arr, int index, int heapSize) {
        int left = 2 * index + 1;
        while (left < heapSize) {
            int largest = left + 1 < heapSize && arr[left + 1] > arr[left] ? left + 1 : left;
            largest = arr[largest] > arr[index] ? largest : index;
            if (largest == index) {
                break;
            }
            swap(arr, largest, index);
            index = largest;//当前数的指针向下移动，来到较大孩子的位置。
            left = 2 * index + 1;//当前数的左孩子，向下移动，来到新的位置。
        }
    }

    //添加操作
    //看一下，刚来的数arr[index]，能否往上走。
    private void heapInsert(int[] arr, int index) {
        while (arr[index] > arr[(index - 1) / 2]) {//index和parentIndex比较。大就交换。小于等于就不交换。
            swap(arr, index, (index - 1) / 2);
            index = (index - 1) / 2;//index指针向上，来到新位置，即它的父节点的位置。
        }
    }

    public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    // for test
    public static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
        }
        return arr;
    }

    // for test
    public static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return null;
        }
        int[] res = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            res[i] = arr[i];
        }
        return res;
    }

    // for test
    public static boolean isEqual(int[] arr1, int[] arr2) {
        if ((arr1 == null && arr2 != null) || (arr1 != null && arr2 == null)) {
            return false;
        }
        if (arr1 == null && arr2 == null) {
            return true;
        }
        if (arr1.length != arr2.length) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
            if (arr1[i] != arr2[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    // for test
    public static void printArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        int maxSize = 100;
        int maxValue = 100;
        int testTimes = 10000;
        boolean flag = true;
        System.out.println("test start!");
        for (int i = 0; i < testTimes; i++) {
            int[] arr0 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr1 = copyArray(arr0);
            int[] arr2 = copyArray(arr0);
            heapSort(arr1);
            Arrays.sort(arr2);
            if (!isEqual(arr1, arr2)) {
                flag = false;
            }
        }
        System.out.println(flag ? "nice!" : "oops!");
        System.out.println("test end!");
        int[] arr = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
        printArray(arr);
        heapSort(arr);
        printArray(arr);
    }

}