选择插入冒泡归并快速排序

时间复杂度

选择排序

选择排序(Selection-sort)是一种简单直观的排序算法。

它的工作原理:首先在未排序序列中找到最小(大)元素,存放到排序序列的起始位置,然后,再从剩余未排序元素中继续寻找最小(大)元素,然后放到已排序序列的末尾。以此类推,直到所有元素均排序完毕。 

表现最稳定的排序算法之一,因为无论什么数据进去都是O(n2)的时间复杂度,所以用到它的时候,数据规模越小越好。唯一的好处可能就是不占用额外的内存空间了吧。

def selectSort(list):
    for i in range(len(list)):
        temp = i
        for j in range(i+1,len(list)):
            if list[temp]>list[j]:
                temp=j
        swap(list,i,temp)

插入排序

插入排序(Insertion-Sort)的算法描述是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。

  • 从第一个元素开始,该元素可以认为已经被排序;
  • 取出下一个元素,在已经排序的元素序列中从后向前扫描;
  • 如果该元素(已排序)大于新元素,将该元素移到下一位置;
  • 重复步骤3,直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置;
  • 将新元素插入到该位置后;
  • 重复步骤2~5。

def insertSort(list):
    for i in range(1,len(list)):
        temp=list[i]
        index=i
        for j in range(i,0,-1):
            if temp<list[j-1]:
                list[j]=list[j-1]
                index=j-1
            else:
                break
        list[index]=temp

 

冒泡排序

冒泡排序是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列,一次比较两个元素,如果它们的顺序错误就把它们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换,也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越大的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端。

  • 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换它们两个;
  • 对每一对相邻元素作同样的工作,从开始第一对到结尾的最后一对,这样在最后的元素应该会是最大的数;
  • 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个;
  • 重复步骤1~3,直到不发生交换,排序完成。

优化:记录最后一个发生交换的位置,后面的都已经有序,下次只需要遍历到这一步就可以。

def bubbleSort(list):
    n = len(list)
    newn = n
    while(newn>0):
        newn=0
        for i in range(1,n):
           if list[i]<list[i-1]:
               swap(list,i,i-1)
               newn=i
        n = newn

 

归并排序

归并排序是建立在归并操作上的一种有效的排序算法。

算法过程:该算法是采用分治法(Divide and Conquer)的一个非常典型的应用。将已有序的子序列合并,得到完全有序的序列;即先使每个子序列有序,再使子序列段间有序。若将两个有序表合并成一个有序表,称为2-路归并

def merge(left, right):
    c = []
    l = r =0
    while l<len(left) and r<len(right):
        if left[l]<right[r]:
            c.append(left[l])
            l+=1
        else:
            c.append(right[r])
            r+=1
    if l==len(left):
        for i in right[r:]:
            c.append(i)
    else:
        for i in left[l:]:
            c.append(i)
    return c


def merge_sort(list):
    if len(list)<=1:
        return list
    mid = len(list)/2
    left = merge_sort(list[:mid])
    right = merge_sort(list[mid:])
    return merge(left,right)

归并排序是一种稳定的排序方法。和选择排序一样,归并排序的性能不受输入数据的影响,但表现比选择排序好的多,因为始终都是O(nlogn)的时间复杂度。代价是需要额外的内存空间。

 

快速排序

快速排序的基本思想:通过一趟排序将待排记录分隔成独立的两部分,其中一部分记录的关键字均比另一部分的关键字小,则可分别对这两部分记录继续进行排序,以达到整个序列有序。

快速排序使用分治法来把一个串(list)分为两个子串(sub-lists)。具体算法描述如下:

  • 从数列中挑出一个元素,称为 “基准”(pivot);
  • 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)。在这个分区退出之后,该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区(partition)操作;
  • 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。

 


def sub_sort(array,low,high):
    key = array[low]
    while low<high:
        while low<high and array[high]>=key:
            high-=1
        while low<high and array[high]<key:
            array[low]=array[high]
            low+=1
            array[high]=array[low]
    array[low]=key
    return low


def quickSort(array,low,high):
    if low<high:
        key = sub_sort(array,low,high)
        quickSort(array,low,key)
        quickSort(array,key+1,high)

对于近乎有序的排序插入甚至比nlogn还要好,

 

希尔排序 n(3/2)

#include<stdio.h> #include<string.h> #include<stdlib.h> #include<time.h> #define N 200000 int b[N]; void init_array(int *a, int n) { int i; srand(time(NULL)); for(i = 0; i < n; ++i) a[i] = rand(); } void bubble_sort(int *a, int n) { int i, j; int temp; for(i = 0; i < n-1; ++i) for(j = i+1; j < n; ++j) if(a[i] > a[j]) { temp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = temp; } } void select_sort(int *a, int n) { int i, j; int min, index; for(i = 0; i < n-1; ++i) { min = a[i]; index = i; for(j = i+1; j < n; ++j) if(min > a[j]) { min = a[j]; index = j; } if(index != i) { a[index] = a[i]; a[i] = min; } } } void insert_sort(int *a, int n) { int i, j, k; int temp; for(i = 1; i < n; ++i) if(a[i-1] > a[i]) { temp = a[i]; for(j = i-1; j >= 0; --j) if(temp >= a[j]) break; for(k = i; k > j+1; --k) a[k] = a[k-1]; a[j+1] = temp; } } void quick_sort(int *a, int start, int end) { int i = start, j = end; if(i >= j) return; int temp = a[start]; while(i < j) { while(i < j && a[j] >= temp) --j; a[i] = a[j]; while(i < j && a[i] < temp) ++i; a[j] = a[i]; } a[i] = temp; quick_sort(a, start, i-1); quick_sort(a, i+1, end); } void my_merger_sort(int *a, int start, int middle, int end) { int i = start, j = middle+1, count = start; while(i <= middle && j <= end) if(a[i] <= a[j]) b[count++] = a[i++]; else b[count++] = a[j++]; if(i <= middle) while(i <= middle) b[count++] = a[i++]; else while(j <= end) b[count++] = a[j++]; for(i = start; i <= end; ++i) a[i] = b[i]; } void merger_sort(int *a, int start, int end) { if(start < end) { int middle = (start+end)/2; merger_sort(a, start, middle); merger_sort(a, middle+1, end); my_merger_sort(a, start, middle, end); } } void my_heap_sort(int *a, int i, int n) { int t = (i+1)*2; int temp = a[i]; while(t <= n) { if(t == n) --t; else t = a[t]>=a[t-1]?t:t-1; if(a[t] > a[i]) { a[i] = a[t]; a[t] = temp; i = t; t = (i+1)*2; } else break; } } void heap_sort(int *a, int n) { int i, temp; for(i = n/2-1; i >= 0; --i) my_heap_sort(a, i, n); for(i = n-1; i > 0; --i) { temp = a[i]; a[i] = a[0]; a[0] = temp; my_heap_sort(a, 0, i); } } void print_array(int *a, int n) { int i; for(i = 0; i < n; ++i) printf("%d\n", a[i]); } int main() { int a[N];// = {5, 3, 8, 1, 4, 2, 9, 7, 6, 0}; init_array(a, N); //bubble_sort(a, N); //冒泡 //select_sort(a, N); //选择 //insert_sort(a, 10); //插入 //quick_sort(a, 0, N-1); //快速 //merger_sort(a, 0, N-1); //归并 heap_sort(a, N); //堆 print_array(a, N); return 0; }
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