直插,快排,堆排,归并排序的分析

本文详细介绍了四种常用的排序算法——直接插入排序、快速排序、堆排序和归并排序。包括每种算法的基本原理、实现代码及时间复杂度分析。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

一:直接插入排序TOC

直接插入排序(Insertion Sort)可以说是排序里最简单的了。

void InsertSort(int array[], int left, int right)
{
    int temp;
    int j;
    for (int i = left + 1; i <= right; i++)
    {
        temp = array[i];
        j = i - 1;
        while (j >= left && array[j] > temp)
            array[j + 1] = array[j--];
        array[j + 1] = temp;
    }
}

算法复杂度(摘自维基百科):
如果目标是把 n 个元素的序列升序排列,那么采用插入排序存在最好情况和最坏情况。
最好情况就是,序列已经是升序排列了,在这种情况下,需要进行的比较操作需 n-1 次即可。
最坏情况就是,序列是降序排列,那么此时需要进行的比较共有 12n(n−1) 次。插入排序的赋值操作是比较操作的次数加上 n-1 次。平均来说插入排序算法复杂度为 O(n2)

因而,插入排序不适合对于数据量比较大的排序应用。但是,如果需要排序的数据量很小,例如,量级小于千,那么插入排序还是一个不错的选择。 插入排序在工业级库中也有着广泛的应用,在 STL 的 sort 算法和 stdlib 的 qsort 算法中,都将插入排序作为快速排序的补充,用于少量元素的排序(通常为 8 个或以下)。

二:快速排序TOC

快速排序本身不难,对于初学者,难就难在递归的理解。
算法步骤:
(1):选取主元(开头,或末尾,或随机一个);
(2):小于(或等于)主元的放左边,大于(或等于)主元的放右边;
(3):分别对左边,右边递归,即重复(1)(2)步。

void QuickSort(int array[], int left, int right)
{
    if (left >= right)
        return;

    int base = array[left];
    int i = left;
    int j = right;
    while (i < j)  //小于(或等于)主元的放左边,大于主元(或等于)的放右边
    {
        while (i < j && array[j] >= base)
            j--;
        while (i < j && array[i] <= base)
            i++;
        swap(array[i], array[j]);
    }
    swap(array[left], array[i]);

    QuickSort(array, left, i - 1);  //分别对左边,右边递归
    QuickSort(array, i + 1, right);
}

有必要对以上代码的细节方面作个总结:
(1):递归结束条件

if (left >= right)
    return;

结束条件应该是大于或等于,而不仅仅是等于。
考虑这样的情况:在一段区间中,取开头作为主元,很巧的是该区间除开头(即主元),其它所有的数都大于主元,于是分别对两边递归:

QuickSort(array, left, i - 1);  //分别对左边,右边递归
QuickSort(array, i + 1, right);

第一个函数的后两个参数:lefti - 1前者大,后者小
(2):等于主元的数如何放置

while (i < j && array[j] >= base)
    j--;
while (i < j && array[i] <= base)
    i++;

代码对等于主元的数采取的策略是:保持原位不动。
我们试着改变下代码:

while (i < j && array[j] > base)  //去掉等号
    j--;
while (i < j && array[i] <= base)
    i++;

我们把等于主元的数全部移动到左边。这么做,程序依旧运行正常。
我们再试着改下代码:

while (i < j && array[j] > base)  //去掉等号
    j--;
while (i < j && array[i] < base)  //去掉等号
    i++;

左边等于主元的数移到右边,右边等于主元的数移到左边。
这样的做法有点诡异,似乎除了多了无用的交换操作耗时外,并不会对程序造成其它的影响。
考虑这样的情况:

3 作为主元,i 和 j 指向的位置如上图,接着交换两个位置的值,

while (i < j)  
{
    while (i < j && array[j] > base)
        j--;
    while (i < j && array[i] < base)
        i++;
    swap(array[i], array[j]);  //交换两值
}

程序会永远在这步进入死循环。
有的人提议:只要在 swap 后再加一句代码就行了嘛。如下:

while (i < j)  
{
    while (i < j && array[j] > base)  //去掉等号
        j--;
    while (i < j && array[i] < base)  //去掉等号
        i++;
    swap(array[i], array[j]);  //交换两值
    i++; j++;  //新增的代码
}
swap(array[left], array[i]);

但这么做,又引出了新的麻烦。
试想,若 i 的下一个位置就是 j(即 i+1 等于 j),在i++; j++;后,while 语句停止,swap 语句交换了主元和位置 i 的值,问题来了,i 指向的值或许是大于主元的,这就造成了程序的逻辑错误。
(3):i 和 j 的操作顺序

while (i < j && array[j] >= base)
    j--;
while (i < j && array[i] <= base)
    i++;

为何 j 在前,i 在后?
其实这与我们选取的主元位置有关。程序中默认以数组首元素作为主元。

while (i < j)  //小于(或等于)主元的放左边,大于主元(或等于)的放右边
{
    while (i < j && array[j] >= base)
        j--;
    while (i < j && array[i] <= base)
        i++;
    swap(array[i], array[j]);
}
swap(array[left], array[i]);  //交换主元与array[i]

while 语句停止的条件正好是 i 等于 j,接下来交换主元与array[i],值得我们注意的是,array[i]被交换至左边,但它可以保证其值总是小于等于主元么?

简单推理之下,若我们让 j 先行,i 后走,就可以保证被交换前,其值总是小于等于主元的。反之,若误写了下面的代码,排序后的结果就会是错的。

while (i < j && array[i] <= base)  //i在前
    i++;
while (i < j && array[j] >= base)  //j在后
    j--;

算法复杂度:
最好的情况,每次我们运行一次分区,我们会把一个数组分为两个几近相等的片段。这个意思就是每次递归调用处理一半大小的数组。则会有关系式:

T(n)=2T(n2)+O(n)

解出 Tbest(n)=O(nlogn)

最坏的情况,在分割后,两子数组总是拥有各为 1 和 n-1 长度的数组,则递归关系式变为:

T(n)=T(n−1)+O(n)+O(1)=T(n−1)+O(n)

解出 Tworst(n)=O(n2)

三:堆排序TOC

堆排序是利用堆的性质进行的一种选择排序。下面先讨论一下堆。
堆实际上是一棵完全二叉树,其满足性质:任何一节点大于等于或者小于等于其左右子树节点。

堆分为大顶堆和小顶堆,满足 “任何一节点大于等于其左右子树节点” 的称为大顶堆,满足 “任何一节点小于等于其左右子树节点” 的称为小顶堆。由上述性质可知:大顶堆的堆顶肯定是最大的,小顶堆的堆顶是最小的。

下面举个例子(资源来自堆排序 - 海子)来说明堆排序的过程(以升序为例):
(1)

给定整型数组:{16, 7, 3, 20, 17, 8},根据该数组 “构建” 完全二叉树(并不是真的写代码去构建,只是把数组看成完全二叉树去操作)。
程序从最后一个非叶子节点开始,即 3。判断其左右孩子:8,8 比 3 大,把 8 调整上去。

(2)

3 节点下无孩子,判断结束。
继续往前一步,至 7 节点,判断其左右孩子:20 和 17,20 是最大的,将其调整上去。

(3)

7 节点下无孩子,判断结束。
继续往前一步,至 16 节点,判断其左右孩子:20 和 8,20 是最大的,将其调整上去。

(4)

判断 16 节点下左右孩子:7 和 17,17 是最大的,将其调整上去。

(5)

16 节点下无孩子,判断结束。
遍历已至头部,结束。

(6)至此数组已经满足大顶堆的性质,接下来的操作就很简单了。

看完上面所述的流程你至少有两个疑问:

  • 如何确定最后一个非叶子节点?

其实这是有一个公式的,设二叉树节点总数为 n,则最后一个非叶子节点是第 ⌊n2⌋ 个。

  • 数组当中如何确定当前节点的左右孩子位置?

设当前节点下标是 i,则其左孩子的下标是 2i,右孩子的下标是 2i+1。请注意:这是建立在数组下标从 1 开始的情况。若数组下标从 0 开始,则其左右孩子下标还各需多加一个 1。

本程序默认数组下标从 1 开始,请读者注意。

/* 已知array[left]...array[right]的值除arr[left]之外均满足堆的定义,本函数调整array[left],使array[left]...array[right]成一个大顶堆 */
void HeapAdjust(int array[], int left, int right)
{
    int index = left;
    for (int i = left * 2; i <= right; i = i * 2)
    {
        if (i < right && array[i] < array[i + 1])  //找到孩子中较大者
            i++;
        if (array[index] > array[i])
            return;
        swap(array[index], array[i]);
        index = i;
    }
}

void HeapSort(int array[], int left, int right)
{
    int len = right - left + 1;
    for (int i = len / 2; i >= left; i--)  //把数组调整成大顶堆
        HeapAdjust(array, i, right);
    for (int i = right; i > left; i--)  //排序
    {
        swap(array[left], array[i]);
        HeapAdjust(array, left, i - 1);
    }
}

时间复杂度为 O(nlogn)证明如下:
首先计算建堆的时间,也就是下面的代码:

for (int i = len / 2; i >= left; i--)  //把数组调整成大顶堆
    HeapAdjust(array, i, right);

n 个节点,从第 0 层至第 log2n 层。对于第 i 层的 2i 个点需要往下走 log2n−i 步。
把走的所有步相加:

T(n)=∑i=0i=log2n2i(log2n−i)=2n−log2n−2<2n=O(n)

接下来就是排序的时间,即下面的代码:

for (int i = right; i > left; i--)  //排序
{
    swap(array[left], array[i]);
    HeapAdjust(array, left, i - 1);
}

HeapAdjust() 耗时 logn,共 n 次,故排序时间为 O(nlogn)

综上所述,堆排序时间复杂度为 T(n)=O(n)+O(nlogn)=O(nlogn)​

四:归并排序TOC

对于待排序数组:{5, 2, 4, 6, 1, 3, 2, 6},归并算法的思路如上图,注意上图是从下往上看。

/* 把有序的array[left]...array[mid]和array[mid+1]...array[right]合并 */
void Merge(int array[], int temp[], int left, int mid, int right)
{
    int i = left;
    int j = mid + 1;
    int k = left;
    while (i <= mid && j <= right)
    {
        if (array[i] < array[j])
            temp[k++] = array[i++];
        else
            temp[k++] = array[j++];
    }

    while (i <= mid)
        temp[k++] = array[i++];
    while (j <= right)
        temp[k++] = array[j++];

    while (left <= right)
        array[left] = temp[left++];
}

void MergeSort(int array[], int temp[], int left, int right)
{
    if (left >= right)
        return;
    int mid = ((right - left) >> 1) + left;
    MergeSort(array, temp, left, mid);
    MergeSort(array, temp, mid + 1, right);
    Merge(array, temp, left, mid, right);
}

Merge() 耗时 O(n),则归并排序的时间递归式为 T(n)=2T(n2)+O(n),解得 T(n)=O(nlogn)

五:四种排序比较TOC

排序方法最差时间复杂度最佳时间复杂度平均时间复杂度空间复杂度稳定性
直接插入O(n2)O(n)O(n2)O(1)稳定
快速排序O(n2)O(nlogn)O(nlogn)O(logn)不稳定
堆排序O(nlogn)O(nlogn)O(nlogn)O(1)不稳定
归并排序O(nlogn)O(nlogn)O(nlogn)O(n)稳定

所谓的稳定性,百度百科解释为:假定在待排序的记录序列中,存在多个具有相同的关键字的记录,若经过排序,这些记录的相对次序保持不变,即在原序列中,ri = rj,且 ri 在 rj 之前,而在排序后的序列中,ri 仍在 rj 之前,则称这种排序算法是稳定的;否则称为不稳定的。


本文转自:http://www.61mon.com/index.php/archives/193/

资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/abbae039bf2a 无锡平芯微半导体科技有限公司生产的A1SHB三极管(全称PW2301A)是一款P沟道增强型MOSFET,具备低内阻、高重复雪崩耐受能力以及高效电源切换设计等优势。其技术规格如下:最大漏源电压(VDS)为-20V,最大连续漏极电流(ID)为-3A,可在此条件下稳定工作;栅源电压(VGS)最大值为±12V,能承受正反向电压;脉冲漏极电流(IDM)可达-10A,适合处理短暂高电流脉冲;最大功率耗散(PD)为1W,可防止器件过热。A1SHB采用3引脚SOT23-3封装,小型化设计利于空间受限的应用场景。热特性方面,结到环境的热阻(RθJA)为125℃/W,即每增加1W功率损耗,结温上升125℃,提示设计电路时需考虑散热。 A1SHB的电气性能出色,开关特性优异。开关测试电路及波形图(图1、图2)展示了不同条件下的开关性能,包括开关上升时间(tr)、下降时间(tf)、开启时间(ton)和关闭时间(toff),这些参数对评估MOSFET在高频开关应用中的效率至关重要。图4呈现了漏极电流(ID)与漏源电压(VDS)的关系,图5描绘了输出特性曲线,反映不同栅源电压下漏极电流的变化。图6至图10进一步揭示性能特征:转移特性(图7)显示栅极电压(Vgs)对漏极电流的影响;漏源开态电阻(RDS(ON))随Vgs变化的曲线(图8、图9)展现不同控制电压下的阻抗;图10可能涉及电容特性,对开关操作的响应速度和稳定性有重要影响。 A1SHB三极管(PW2301A)是高性能P沟道MOSFET,适用于低内阻、高效率电源切换及其他多种应用。用户在设计电路时,需充分考虑其电气参数、封装尺寸及热管理,以确保器件的可靠性和长期稳定性。无锡平芯微半导体科技有限公司提供的技术支持和代理商服务,可为用户在产品选型和应用过程中提供有
资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/9648a1f24758 在 JavaScript 中实现点击展开与隐藏效果是一种非常实用的交互设计,它能够有效提升用户界面的动态性和用户体验。本文将详细阐述如何通过 JavaScript 实现这种功能,并提供一个完整的代码示例。为了实现这一功能,我们需要掌握基础的 HTML 和 CSS 知识,以便构建基本的页面结构和样式。 在这个示例中,我们有一个按钮和一个提示框(prompt)。默认情况下,提示框是隐藏的。当用户点击按钮时,提示框会显示出来;再次点击按钮时,提示框则会隐藏。以下是 HTML 部分的代码: 接下来是 CSS 部分。我们通过设置提示框的 display 属性为 none 来实现默认隐藏的效果: 最后,我们使用 JavaScript 来处理点击事件。我们利用事件监听机制,监听按钮的点击事件,并通过动态改变提示框的 display 属性来实现展开和隐藏的效果。以下是 JavaScript 部分的代码: 为了进一步增强用户体验,我们还添加了一个关闭按钮(closePrompt),用户可以通过点击该按钮来关闭提示框。以下是关闭按钮的 JavaScript 实现: 通过以上代码,我们就完成了点击展开隐藏效果的实现。这个简单的交互可以通过添加 CSS 动画效果(如渐显渐隐等)来进一步提升用户体验。此外,这个基本原理还可以扩展到其他类似的交互场景,例如折叠面板、下拉菜单等。 总结来说,JavaScript 实现点击展开隐藏效果主要涉及 HTML 元素的布局、CSS 的样式控制以及 JavaScript 的事件处理。通过监听点击事件并动态改变元素的样式,可以实现丰富的交互功能。在实际开发中,可以结合现代前端框架(如 React 或 Vue 等),将这些交互封装成组件,从而提高代码的复用性和维护性。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值