建堆复杂度先考虑满二叉树,计算完全二叉树建堆复杂度基本相同。
对满二叉树而言,第i层(根为第0层)有2^i
个节点。由于建堆过程自底向上,以交换作为主要操作,因此第i层任意节点在最不利情况下,需要经过(n-i)
次交换操作才能完成以该节点为堆根节点的建堆过程。因此,时间复杂度计算如下:
T(n) = 2^0 * (n - 0) + 2^1 * (n - 1) + ... + 2^n * (n - n) = sum((n - i) * 2^i)
采用错位相减法:
- 原式乘2得:
T(n) * 2 = 2^1 * (n - 0) + 2^2 * (n - 1) + ... + 2^(n+1) * (n - n)
= sum((n - i) * 2^(i+1))
- 原式如下:
T(n) = 2^0 * (n - 0) + 2^1 * (n - 1) + ... + 2^n * (n - n)
= sum((n - i) * 2^i)
- 相减得:
2T(n) - T(n) = -n + 2^1 + 2^2 + ... + 2^n = 2 * (1 - 2^n) / (1 - 2) - n
= 2^(n+1) - 2 - n
上面推导中,n为层数编号(自0层根节点开始)。故总节点数为(1 + 2 + 4 + ... + 2^n) = 2^(n+1) - 1
。渐进时,忽略减1取N = 2^(n+1)
。
T(N) = 2^(n+1) - n - 2 = N * (1 - logN / N - 2 / N) ≈ N
故时间复杂度为O(N)
,得证。