排序算法总结

实际上,排序的方式不止一种,使用不同的思路,会得到不同的排序代码。

这里,列举3个常见的排序算法,这些算法各有优劣,只不过现阶段不需要去关注它的优劣,而只是作为思维的拓展。

在这些算法中,你需要至少理解其中一种,并能独立实现其代码。

以下所有的算法都使用的是升序排序,即从小到大的排序。



交换排序

假设有一个数组nums,长度为5,要对它进行升序排序,交换排序总体思路是:

  1. 在下标0-4范围内,将该范围内最小的数字提到下标0
  2. 在下标1-4范围内,将该范围内最小的数字提到下标1
  3. 在下标2-4范围内,将该范围内最小的数字提到下标2
  4. 在下标3-4范围内,将该范围内最小的数字提到下标3
  5. 排序完成!

写成代码就应该是:

for (int i = 0; i < 4; i++)
{
//在 i-4 范围内,将该范围内最小的数字提到i
}

这是假设nums数组长度为5,如果nums数组长度为6呢?用同样的方式分析,就应该是:

  1. 在下标0-5范围内,将该范围内最小的数字提到下标0
  2. 在下标1-5范围内,将该范围内最小的数字提到下标1
  3. 在下标2-5范围内,将该范围内最小的数字提到下标2
  4. 在下标3-5范围内,将该范围内最小的数字提到下标3
  5. 在下标4-5范围内,将该范围内最小的数字提到下标4
  6. 排序完成!

写成代码就应该是:

for (int i = 0; i < 4; i++)
{
//在 i-4 范围内,将该范围内最小的数字提到i
}

可以看出,不管nums的长度是多少,都可以使用这样的代码格式

for (int i = 0; i < nums.Length - 1; i++)
{
//在 i-(nums.Length-1) 范围内,将该范围内最小的数字提到i
}

因此,只要解决了注释部分的问题,整个排序就完成了!

那如何把i-(nums.Length-1)范围内的最小数字提到位置i呢?

在这个问题上,交换排序使用以下方式完成:

  1. 将位置i和位置i+1进行比较,如果比i+1大,则交换
  2. 将位置i和位置i+2进行比较,如果比i+2大,则交换
  3. ……
  4. 将位置i和位置nums.Length-1进行比较,如果比nums.Length-1大,则交换

因此,代码如下:

//在 i-(nums.Length-1) 范围内,将该范围内最小的数字提到i
for (int j = i + 1; j < nums.Length; j++)
{
if (nums[i] > nums[j])
{
//交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[j];
nums[j] = temp;
}
}

合并起来,最终的代码实现如下:

for (int i = 0; i < nums.Length - 1; i++)
{
//在 i-(nums.Length-1) 范围内,将该范围内最小的数字提到i
for (int j = i + 1; j < nums.Length; j++)
{
if (nums[i] > nums[j])
{
//交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[j];
nums[j] = temp;
}
}
}

冒泡排序

冒泡排序有两种思路:

  • 将最大的数沉到底部
  • 将最小的数冒到顶部

考虑到难易度,我这里介绍的是将最大的数沉到底部这种思路。

假设有数组nums,长度为5,要对它进行升序排序,冒泡排序总体思路是:

  1. 在下标0-4范围内,将该范围内的最大数字沉到位置4
  2. 在下标0-3范围内,将该范围内的最大数字沉到位置3
  3. 在下标0-2范围内,将该范围内的最大数字沉到位置2
  4. 在下标0-1范围内,将该范围内的最大数字沉到位置1
  5. 排序完成!

写成代码就应该是:

for (int i = 4; i > 0; i--)
{
//在 0-i 范围内,将该范围内最大的数字沉到i
}

这是假设nums数组长度为5,如果nums数组长度为6呢?用同样的方式分析,就应该是:

  1. 在下标0-5范围内,将该范围内的最大数字沉到位置5
  2. 在下标0-4范围内,将该范围内的最大数字沉到位置4
  3. 在下标0-3范围内,将该范围内的最大数字沉到位置3
  4. 在下标0-2范围内,将该范围内的最大数字沉到位置2
  5. 在下标0-1范围内,将该范围内的最大数字沉到位置1
  6. 排序完成!

写成代码就应该是:

for (int i = 5; i > 0; i--)
{
//在 0-i 范围内,将该范围内最大的数字沉到i
}

可以看出,不管nums的长度是多少,都可以使用这样的代码格式

for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--)
{
//在 0-i 范围内,将该范围内最大的数字沉到i
}

因此,只要解决了注释部分的问题,整个排序就完成了!

那如何把0-i范围内的最大数字沉到位置i呢?

在这个问题上,冒泡排序使用以下方式完成:

  1. 将位置0和位置1进行比较,如果前者比后者大,则交换
  2. 将位置1和位置2进行比较,如果前者比后者大,则交换
  3. ……
  4. 将位置i-1和位置i进行比较,如果前者比后者大,则交换

因此,代码如下:

//在 0-i 范围内,将该范围内最大的数字沉到i
for (int j = 0; j < i; j++)
{
if (nums[j] > nums[j+1])
{
//交换
int temp = nums[j];
nums[j] = nums[j+1];
nums[j+1] = temp;
}
}

合并起来,最终的代码实现如下:

for (int i = nums.Length - 1; i > 0; i--)
{
//在 0-i 范围内,将该范围内最大的数字沉到i
for (int j = 0; j < i; j++)
{
if (nums[j] > nums[j+1])
{
//交换
int temp = nums[j];
nums[j] = nums[j+1];
nums[j+1] = temp;
}
}
}

选择排序

选择排序的总体思路和交换排序的总体思路相似,都是将某个范围内的最小数提到该范围内的第一位,它的代码结构跟交换排序也是完全相同的:

for (int i = 0; i < nums.Length - 1; i++)
{
//在 i-(nums.Length-1) 范围内,将该范围内最小的数字提到i
}

知识在实现注释部分产生了差异,选择排序的思路是:

  1. 首先找到 i - (nums.Length-1) 范围内的最小数所在的下标,假设找到的下标保存到变量index中
  2. 然后将nums[i]和nums[index]的值交换

因此,使用选择排序实现注释部分的代码如下:

//在 i-(nums.Length-1) 范围内,将该范围内最小的数字提到i
//1. 首先找到 i - (nums.Length-1) 范围内的最小数所在的下标
int index = i; //先假设最小数的下标是i
for (int j = i + 1; j < nums.Length; j++)
{
if (nums[j] < nums[i])
{
//发现了更小的数
index = j;//记录下标
}
}
//2. 然后将nums[i]和nums[index]的值交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[index];
nums[index] = temp;

合并起来,最终的代码实现如下:

for (int i = 0; i < nums.Length - 1; i++)
{
//在 i-(nums.Length-1) 范围内,将该范围内最小的数字提到i
//1. 首先找到 i - (nums.Length-1) 范围内的最小数所在的下标
int index = i; //先假设最小数的下标是i
for (int j = i + 1; j < nums.Length; j++)
{
if (nums[j] < nums[i])
{
//发现了更小的数
index = j;//记录下标
}
}
//2. 然后将nums[i]和nums[index]的值交换
int temp = nums[i];
nums[i] = nums[index];
nums[index] = temp;
}
内容概要:本文从关键概念、核心技巧、应用场景、代码案例分析及未来发展趋势五个维度探讨了Python编程语言的进阶之路。关键概念涵盖装饰器、生成器、上下文管理器、元类和异步编程,这些概念有助于开发者突破基础认知的核心壁垒。核心技巧方面,介绍了内存优化、性能加速、代码复用和异步处理的方法,例如使用生成器处理大数据流、numba库加速计算密集型任务等。应用场景展示了Python在大数据处理、Web开发、人工智能和自动化运维等多个领域的广泛运用,特别是在FastAPI框架中构建异步API服务的实战案例,详细分析了装饰器日志记录、异步数据库查询和性能优化技巧。最后展望了Python的未来发展趋势,包括异步编程的普及、类型提示的强化、AI框架的深度整合以及多语言协同。 适合人群:已经掌握Python基础语法,希望进一步提升编程技能的开发者,特别是有意向从事数据科学、Web开发或AI相关工作的技术人员。 使用场景及目标:①掌握Python进阶概念和技术,如装饰器、生成器、异步编程等,提升代码质量和效率;②学习如何在实际项目中应用这些技术,如通过FastAPI构建高效的异步API服务;③了解Python在未来编程领域的潜在发展方向,为职业规划提供参考。 阅读建议:本文不仅提供了理论知识,还包含了丰富的实战案例,建议读者在学习过程中结合实际项目进行练习,特别是尝试构建自己的异步API服务,并通过调试代码加深理解。同时关注Python社区的发展动态,及时掌握最新的技术和工具。
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