各种内部排序方法的比较讨论

本文对比了多种排序算法的性能,包括平均时间、最坏情况时间、辅助存储需求。详细讨论了快速排序、堆排序、归并排序、基数排序等算法的特点及适用场景,指出稳定性在特定情况下的重要性。
排序方法平均时间最坏情况辅助存储
简单排序O(n2)O(n2)O(1)
快速排序O(nlogn)O(n2)O(logn)
堆排序O(nlogn)O(nlogn)O(1)
归并排序O(nlogn)O(nlogn)O(n)
基数排序O(d(n+rd))O(d(n_rd))O(rd)

(1)从平均时间性能而言,快速排序最佳,其所需时间最省,但快速排序在最坏情况下的时间性能不如堆排序和归并排序。
而后两者相比较的结果是,在n较大时,归并排序所需时间较堆排序省,但它所需的辅助存储量最多。

(2)上表中的“简单排序”包括除希尔排序之外的所有插入排序,起泡排序和简单选择排序,其中以直接插入排序为最简单,当序列中的记录“基本有序”或n值较小时,它是最佳的排序方法,因此常将它和其他的排序方法,诸如快速排序、归并排序等结合在一起使用。

(3)基数排序的时间复杂度也可写成O(d·n)。因此,它最适用于n值很大而关键字较小的序列。
若关键字也很大,而序列中大多数记录的“最高位关键字”均不同,则亦可先按“最高位关键字”不同将序列分成若干“小”的子序列,而后进行直接插入排序。

(4)从方法的稳定性来比较,基数排序是稳定的内排方法,所有时间复杂度为O(n2)的简单排序法也是稳定的,然而,快速排序、堆排序和希尔排序等时间性能较好的排序方法都是不稳定的。
一般来说,排序过程中的“比较”是在“相邻的两个记录关键字”间进行的排序方法是稳定的。
值得提出的是,稳定性是由方法本身决定的,对不稳定的排序方法而言,不管其描述形式如何,总能举出一个说明不稳定的实例来。
反之,对稳定的排序方法,总能找到一种不引起不稳定的描述形式。由于大多数情况下排序是按记录的主关键字进行的,则所用的排序方法是否稳定无关紧要。若排序按记录的次关键字进行,则应根据问题所需慎重选择排序方法及其描述算法。

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