排序算法小总结

算法对于小白来说还不算很重要,可是要提升等级那么算法就是必不可少的了。       

选择排序

1.直接选择排序

原理:将序列划分为无序和有序区,寻找无序区中的最小值和无序区的首元素交换,有序区扩大一个,循环最终完成全部排序。

要点:

1. 设数组内存放了n个待排数字,数组下标从1开始,到n结束。
      2. i=1
      3. 从数组的第i个元素开始到第n个元素,寻找最小的元素。(具体过程为:先设arr[i]为最小,逐一比较,若遇到比之小的则交换)
      4. 将上一步找到的最小元素和第i位元素交换。
      5. 如果i=n-1算法结束,否则回到第3步

实现:

Void SelectSort(Node L[])

{

Int i,j,k;//分别为有序区,无序区,无序区最小元素指针

For(i=0;i<length;i++)

{

k=i;

For(j=i+1;j<length;j++)

{

If(L[j]<L[k])

k=j;

}

If(k!=i)//若发现最小元素,则移动到有序区

{

Int temp=L[k];

L[k]=L[i];

L[i]=L[temp];

}

 

}

}

最差时间复杂度 О(n&sup2;)
      最优时间复杂度 О(n&sup2;)
     平均时间复杂度 О(n&sup2;)
     最差空间复杂度 О(n) total, O(1) auxiliary

2.堆排序

原理:利用大根堆或小根堆思想,首先建立堆,然后将堆首与堆尾交换,堆尾之后为有序区。

要点:建堆、交换、调整堆

实现:

Void HeapSort(Node L[])

{

BuildingHeap(L);//建堆(大根堆)

For(int i=n;i>0;i--)//交换

{

Int temp=L[i];

L[i]=L[0];

L[0]=temp;

Heapify(L,0,i);//调整堆

}

}

 

Void BuildingHeap(Node L[])

{ For(i=length/2 -1;i>0;i--)

Heapify(L,i,length);

}

 

交换排序

1.冒泡排序

原理:将序列划分为无序和有序区,不断通过交换较大元素至无序区尾完成排序。

要点:设计交换判断条件,提前结束以排好序的序列循环。

1. 首先将所有待排序的数字放入工作列表中。
       2. 从列表的第一个数字到倒数第二个数字,逐个检查:若某一位上的数字大于他的下一位,则将它与它的下一位交换。
       3. 重复2号步骤(倒数的数字加1。例如:第一次到倒数第二个数字,第二次到倒数第三个数字,依此类推...),直至再也不能交换。

实现:

Void BubbleSort(Node L[])

{

Int i ,j;

Bool ischanged;//设计跳出条件

For(j=n;j<0;j--)

{

ischanged =false;

For(i=0;i<j;i++)

{

If(L[i]>L[i+1])//如果发现较重元素就向后移动

{

Int temp=L[i];

L[i]=L[i+1];

L[i+1]=temp;

Ischanged =true;

}

}

If(!ischanged)//若没有移动则说明序列已经有序,直接跳出

Break;

}

}

最差时间复杂度 O(n&sup2;)

最优时间复杂度 O(n)
      平均时间复杂度 O(n&sup2;)
      最差空间复杂度 O(n) total, O(1) auxiliary

2.快速排序

原理:不断寻找一个序列的中点,然后对中点左右的序列递归的进行排序,直至全部序列排序完成,使用了分治的思想。

要点:递归、分治

1. 从数列中挑出一个元素,称为 "基准"(pivot),
       2. 重新排序数列,所有元素比基准值小的摆放在基准前面,所有元素比基准值大的摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。在这个分割之后,该基准是它的最后位置。这个称为分割(partition)操作。
       3. 递归地(recursive)把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
递回的最底部情形,是数列的大小是零或一,也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递回下去,但是这个算法总会结束,因为在每次的迭代(iteration)中,它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。

实现:

快速排序的时间复杂度是O(nlogn),但是最坏情况下复杂度是O(n&sup2;)。
最差时间复杂度 Θ(n&sup2;)
最优时间复杂度 Θ(nlogn)
平均时间复杂度 Θ(nlogn) comparisons
最差空间复杂度 根据实现的方式不同而不同

插入排序

1.直接插入排序

原理:将数组分为无序区和有序区两个区,然后不断将无序区的第一个元素按大小顺序插入到有序区中去,最终将所有无序区元素都移动到有序区完成排序。

要点:设立哨兵,作为临时存储和判断数组边界之用。

1. 从第一个元素开始,认为该元素已经是排好序的。
       2. 取下一个元素,在已经排好序的元素序列中从后向前扫描。
       3. 如果已经排好序的序列中元素大于新元素,则将该元素往右移动一个位置。
       4. 重复步骤3,直到已排好序的元素小于或等于新元素。
       5. 在当前位置插入新元素。
       6. 重复步骤2。

实现:

Void InsertSort(Node L[],int length)

{

Int i,j;//分别为有序区和无序区指针

for(i=1;i<length;i++)//逐步扩大有序区

{

j=i+1;

if(L[j]<L[i])

{

L[0]=L[j];//存储待排序元素

While(L[0]<L[i])//查找在有序区中的插入位置,同时移动元素

{

L[i+1]=L[i];//移动

i--;//查找

}

L[i+1]=L[0];//将元素插入

}

i=j-1;//还原有序区指针

}

}

最差时间复杂度 O(n&sup2;)
      最优时间复杂度 O(n)
      平均时间复杂度 O(n&sup2;)
      最差空间复杂度 O(n) total, O(1) auxiliary

2.希尔排序

原理:又称增量缩小排序。先将序列按增量划分为元素个数相同的若干组,使用直接插入排序法进行排序,然后不断缩小增量直至为1,最后使用直接插入排序完成排序。

要点:增量的选择以及排序最终以1为增量进行排序结束。

实现:

Void shellSort(Node L[],int d)

{

While(d>=1)//直到增量缩小为1

{

Shell(L,d);

d=d/2;//缩小增量

}

}

Void Shell(Node L[],int d)

{

Int i,j;

For(i=d+1;i<length;i++)

{

if(L[i]<L[i-d])

{

L[0]=L[i];

j=i-d;

While(j>0&&L[j]>L[0])

{

L[j+d]=L[j];//移动

j=j-d;//查找

}

L[j+d]=L[0];

}

}

}

归并排序

原理:将原序列划分为有序的两个序列,然后利用归并算法进行合并,合并之后即为有序序列。

要点:归并、分治

实现:

Void MergeSort(Node L[],int m,int n)

{

Int k;

If(m<n)

{

K=(m+n)/2;

MergeSort(L,m,k);

MergeSort(L,k+1,n);

Merge(L,m,k,n);

}

}

 

基数排序

原理:将数字按位数划分出n个关键字,每次针对一个关键字进行排序,然后针对排序后的序列进行下一个关键字的排序,循环至所有关键字都使用过则排序完成。

要点:对关键字的选取,元素分配收集。

实现:

Void RadixSort(Node L[],length,maxradix)

{

Int m,n,k,lsp;

k=1;m=1;

Int temp[10][length-1];

Empty(temp); //清空临时空间

While(k<maxradix) //遍历所有关键字

{

For(int i=0;i<length;i++) //分配过程

{

If(L[i]<m)

Temp[0][n]=L[i];

Else

Lsp=(L[i]/m)%10; //确定关键字

Temp[lsp][n]=L[i];

n++;

}

CollectElement(L,Temp); //收集

n=0;

m=m*10;

k++;

}

}

 

各排序方法对比

冒泡排序算法时间复杂度是O(n^2)

选择排序算法时间复杂度是O(n^2)

插入排序算法时间复杂度是O(n^2)

快速排序是不稳定的。最理想情况算法时间复杂度O(nlog2n),最坏O(n^2)。

堆排序算法时间复杂度是O(nlogn)

归并排序算法时间复杂度是O(nlogn)

 

一般情况排序算法中冒泡算法效率最低,快速排序、堆排序效率最高,二分法shell排序效率相仿 。由于算法效率没有可借鉴的标准,因为比较小律实际上是统计标价和交换数据的次数来确认的。

 

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