Python基于二叉树结构的堆排序实现详解
本文介绍如何使用Python实现基于二叉树存储结构的堆排序算法。与常见的数组实现不同,该方法通过显式构建二叉树节点来管理数据,重点解决了节点间复杂的交换逻辑。文章提供了完整的Tree类代码示例及运行结果,适合希望深入理解树结构排序原理的开发者参考。
本文通过具体实例展示了如何在Python中实现基于二叉树存储结构的堆排序算法,供读者参考学习。
既然已经实现了二叉树的构建,接下来通过编写相关代码来巩固练习。
网络上关于堆排序的教程众多,但绝大多数采用数组作为存储结构,直接通过下标访问元素。这种实现方式虽然简单、访问速度快且易于理解,但并非唯一的实现路径。
然而,从练习和深入理解数据结构的角度出发,本文选择实现基于二叉树存储结构的堆排序算法。
在此过程中,最具挑战性的环节在于交换二叉树中任意两个节点的位置。
由于二叉树中的每个节点最多与三个其他节点相连(父节点、左子节点、右子节点),交换两个节点时,必须同时考虑这五个相关节点之间的连接关系,并准确判断左右子节点的身份。这一过程逻辑繁琐,极易出现错误。
class Tree:
def __init__(self, val = '#', left = None, right = None):
self.val = val
self.left = left
self.right = right
self.ponit = None
self.father = None
self.counter = 0
#前序构建二叉树
def FrontBuildTree(self):
temp = input('Please Input: ')
node = Tree(temp)
if(temp != '#'):
node.left = self.FrontBuildTree()
node.right = self.FrontBuildTree()
return node#因为没有引用也没有指针,所以就把新的节点给返回回去
#前序遍历二叉树
def VisitNode(self):
print(self.val)
if(self.left != None):
self.left.VisitNode()
if(self.right != None):
self.right.VisitNode()
#中序遍历二叉树
def MVisitTree(self):
if(self.left != None):
self.left.MVisitTree()
print(self.val)
if(self.right != None):
self.right.MVisitTree()
#获取二叉树的第dec个节点
def GetPoint(self, dec):
road = str(bin(dec))[3:]
p = self
for r in road:
if (r == '0'):
p = p.left
else:
p = p.right
#print('p.val = ', p.val)
return p
#构建第一个堆
def BuildHeadTree(self, List):
for val in List:
#print('val = ', val, 'self.counter = ', self.counter)
self.ponit = self.GetPoint(int((self.counter + 1) / 2))
#print('self.ponit.val = ', self.ponit.val)
if (self.counter == 0):
self.val = val
self.father = self
else:
temp = self.counter + 1
node = Tree(val)
node.father = self.ponit
if(temp % 2 == 0):#新增节点为左孩子
self.ponit.left = node
else:
self.ponit.right = node
while(temp != 0):
if (node.val < node.father.val):#如果新增节点比其父亲节点值要大
p = node.father#先将其三个链子保存起来
LeftTemp = node.left
RightTemp = node.right
if (p.father != p):#判断其不是头结点
if (int(temp / 2) % 2 == 0):#新增节点的父亲为左孩子
p.father.left = node
else:
p.father.right = node
node.father = p.father
else:
node.father = node#是头结点则将其father连向自身
node.counter = self.counter
self = node
if(temp % 2 == 0):#新增节点为左孩子
node.left = p
node.right = p.right
if (p.right != None):
p.right.father = node
else:
node.left = p.left
node.right = p
if (p.left != None):
p.left.father = node
p.left = LeftTemp
p.right = RightTemp
p.father = node
temp = int(temp / 2)
#print('node.val = ', node.val, 'node.father.val = ', node.father.val)
#print('Tree = ')
#self.VisitNode()
else:
break;
self.counter += 1
return self
#将头结点取出后重新调整堆
def Adjust(self):
#print('FrontSelfTree = ')
#self.VisitNode()
#print('MSelfTree = ')
#self.MVisitTree()
print('Get ', self.val)
p = self.GetPoint(self.counter)
#print('p.val = ', p.val)
#print('p.father.val = ', p.father.val)
root = p
if (self.counter % 2 == 0):
p.father.left = None
else:
p.father.right = None
#print('self.left = ', self.left.val)
#print('self.right = ', self.right.val)
p.father = p#将二叉树最后一个叶子节点移到头结点
p.left = self.left
p.right = self.right
while(1):#优化是万恶之源
LeftTemp = p.left
RightTemp = p.right
FatherTemp = p.father
if (p.left != None and p.right !=None):#判断此时正在处理的结点的左后孩子情况
if (p.left.val < p.right.val):
next = p.left
else:
next = p.right
if (p.val < next.val):
break;
elif (p.left == None and p.right != None and p.val > p.right.val):
next = p.right
elif (p.right == None and p.left != None and p.val > p.left.val):
next = p.left
else:
break;
p.left = next.left
p.right = next.right
p.father = next
if (next.left != None):#之后就是一系列的交换节点的链的处理
next.left.father = p
if (next.right != None):
next.right.father = p
if (FatherTemp == p):
next.father = next
root = next
else:
next.father == FatherTemp
if (FatherTemp.left == p):
FatherTemp.left = next
else:
FatherTemp.right = next
if (next == LeftTemp):
next.right = RightTemp
next.left = p
if (RightTemp != None):
RightTemp.father = next
else:
next.left = LeftTemp
next.right = p
if (LeftTemp != None):
LeftTemp.father = next
#print('Tree = ')
#root.VisitNode()
root.counter = self.counter - 1
return root
if __name__ == '__main__':
print("本站测试结果")
root = Tree()
number = [-1, -1, 0, 0, 0, 12, 22, 3, 5, 4, 3, 1, 6, 9]
root = root.BuildHeadTree(number)
while(root.counter != 0):
root = root.Adjust()
程序运行结果如下:

此外,推荐一款排序算法演示工具供读者参考:
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》
希望本文所述内容能对大家的Python程序设计有所帮助。
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