算法的六种排序

一、选择排序法
算法的六种排序_第1张图片

  简单选择排序是最简单直观的一种算法,基本思想为每一趟从待排序的数据元素中选择最小(或最大)的一个元素作为首元素,直到所有元素排完为止,简单选择排序是不稳定排序。

         for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {

            int min = i;//每一趟循环比较时,min用于存放较小元素的数组下标,这样当前批次比较完毕最终存放的就是此趟内最小的元素的下标,避免每次遇到较小元素都要进行交换。
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[j] < arr[min]) {
                    min = j;
                }
            }
}

  简单选择排序通过上面优化之后,无论数组原始排列如何,比较次数是不变的;对于交换操作,在最好情况下也就是数组完全有序的时候,无需任何交换移动,在最差情况下,也就是数组倒序的时候,交换次数为n-1次。综合下来,时间复杂度为
)
二、冒泡排序
  
  冒泡排序的基本思想是,对相邻的元素进行两两比较,顺序相反则进行交换,这样,每一趟会将最小或最大的元素“浮”到顶端,最终达到完全有序

算法的六种排序_第2张图片
 
 for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flag = true;//设定一个标记,若为true,则表示此次循环没有进行交换,也就是待排序列已经有序,排序已然完成。
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr,j,j+1);
                    flag = false;
                }
            }
            if (flag) {
                break;
            }
        }
  根据上面这种冒泡实现,若原数组本身就是有序的(这是最好情况),仅需n-1次比较就可完成;若是倒序,比较次数为 n-1+n-2+

...

+1=n(n-1)/2,交换次数和比较次数等值。所以,其时间复杂度依然为O(n

2

)。综合来看,冒泡排序性能还还是稍差于上面那种选择排序的。
三、插入排序
  直接插入排序基本思想是每一步将一个待排序的记录,插入到前面已经排好序的有序序列中去,直到插完所有元素为止
算法的六种排序_第3张图片
for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int j = i;
            while (j > 0 && arr[j] < arr[j - 1]) {
                swap(arr,j,j-1);
                j--;
            }
        }
 
 
 

  简单插入排序在最好情况下,需要比较n-1次,无需交换元素,时间复杂度为O(n);在最坏情况下,时间复杂度依然为O(n2)。但是在数组元素随机排列的情况下,插入排序还是要优于上面两种排序的。

 
 

四、希尔排列

  希尔排序是把记录按下标的一定增量分组,对每组使用直接插入排序算法排序;随着增量逐渐减少,每组包含的关键词越来越多,当增量减至1时,整个文件恰被分成一组,算法便终止。
算法的六种排序_第4张图片
public class ShellSort {
 9     public static void main(String []args){
10         int []arr ={1,4,2,7,9,8,3,6};
11         sort(arr);
12         System.out.println(Arrays.toString(arr));
13         int []arr1 ={1,4,2,7,9,8,3,6};
14         sort1(arr1);
15         System.out.println(Arrays.toString(arr1));
16     }
17 
18     /**
19      * 希尔排序 针对有序序列在插入时采用交换法
20      * @param arr
21      */
22     public static void sort(int []arr){
23         //增量gap,并逐步缩小增量
24        for(int gap=arr.length/2;gap>0;gap/=2){
25            //从第gap个元素,逐个对其所在组进行直接插入排序操作
26            for(int i=gap;i=0 && arr[j]0;gap/=2){
44             //从第gap个元素,逐个对其所在组进行直接插入排序操作
45             for(int i=gap;i=0 && temp 
 
     希尔排序中对于增量序列的选择十分重要,直接影响到希尔排序的性能。我们上面选择的增量序列{n/2,(n/2)/2...1}(希尔增量),其最坏时间复杂度依然为O(n 2)
 
五、堆排序
  堆排序是利用 这种数据结构而设计的一种排序算法, 堆是完全二叉树,堆排序是一种 选择排序,它的最坏,最好,平均时间复杂度均为O(nlogn),它也是不稳定排序。首先简单了解下堆结构。
算法的六种排序_第5张图片

算法的六种排序_第6张图片

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算法的六种排序_第8张图片

算法的六种排序_第9张图片

 

 

 

   总结堆排序:

   a.将无需序列构建成一个堆,根据升序降序需求选择大顶堆或小顶堆;

  b.将堆顶元素与末尾元素交换,将最大元素"沉"到数组末端;

  c.重新调整结构,使其满足堆定义,然后继续交换堆顶元素与当前末尾元素,反复执行调整+交换步骤,直到整个序列有序。


 

public class HeapSort {
    public static void main(String []args){
        int []arr = {9,8,7,6,5,4,3,2,1};
        sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
    public static void sort(int []arr){
        //1.构建大顶堆
        for(int i=arr.length/2-1;i>=0;i--){
            //从第一个非叶子结点从下至上,从右至左调整结构
            adjustHeap(arr,i,arr.length);
        }
        //2.调整堆结构+交换堆顶元素与末尾元素
        for(int j=arr.length-1;j>0;j--){
            swap(arr,0,j);//将堆顶元素与末尾元素进行交换
            adjustHeap(arr,0,j);//重新对堆进行调整
        }

    }

    /**
     * 调整大顶堆(仅是调整过程,建立在大顶堆已构建的基础上)
     * @param arr
     * @param i
     * @param length
     */
    public static void adjustHeap(int []arr,int i,int length){
        int temp = arr[i];//先取出当前元素i
        for(int k=i*2+1;ktemp){//如果子节点大于父节点,将子节点值赋给父节点(不用进行交换)
                arr[i] = arr[k];
                i = k;
            }else{
                break;
            }
        }
        arr[i] = temp;//将temp值放到最终的位置
    }

    /**
     * 交换元素
     * @param arr
     * @param a
     * @param b
     */
    public static void swap(int []arr,int a ,int b){
        int temp=arr[a];
        arr[a] = arr[b];
        arr[b] = temp;
    }
}

六、归并排序
算法的六种排序_第10张图片

                                             ----------------------归并之分治

  上层铺盖颜色的部分是“分”    下层无颜色部分是“治”

  使用分治法的两路合并排序算法:

  就是将待排序的元素序列一分为二,得到长度基本相等的两个子序列,分别排序。如果子序列较长,还可继续细分,直到子序列的长度不超过1为止。当分解所得的子序列已排列有序时,将两个有序子序列合并成一个有序子序列,得到原问题的解。

算法的六种排序_第11张图片

 

                -------------------归并之合并 

合并方法:

比较两序列中的最小值,输出其中较小者,然后重复此过程,直到其中一个队列为空时,

如果另一个队列还有元素没有输出,则将剩余元素依次输出

#include
#define N 100
int merge(int *a, int left,int mid,int right)
{
  int i,j,k=0;
  int b[N]={0};
  i=left;
  j=mid+1;
  while(i<=mid&&j<=right) /*把两个序列中小的部分先输入到中间数组*/
  {
    if(a[i]      b[k++]=a[i++];
    else
      b[k++]=a[j++];
  }
  while(i<=mid) /*没有输完的序列剩下的依次输入到中间数组*/
    b[k++]=a[i++];
  while(j<=right)
    b[k++]=a[j++];
  for(i=0;i    a[left++]=b[i];
  return 0;
}
int mergesort(int *a,int left,int right) /*将序列划分为等大的两部分再调用排序*/
{
  int i,j,mid;
  if(right-left>=1)
  {
    mid=(left+right)/2;
    mergesort(a,left,mid);
    mergesort(a,mid+1,right);
    merge(a,left,mid,right); /*调用排序*/
  }
  return 0;
}
int main()
{
  int a[N]={0},i,n;
  printf("please input the length of the list:\n");
  scanf("%d",&n);
  printf("please input the number of the list:\n");
  for(i=0;i    scanf("%d",&a[i]);
  mergesort(a,0,n-1);
  printf("the sort of the list is :\n");
  for(i=0;i    printf("%d ",a[i]);
  printf("\n");
  return 0;
}传统的归并排序最好情况复杂度是O(nlogn)最坏情况复杂度是O(nlogn)     经过一些改进的归并排序最好情况复杂度是O(n),最坏情况是O(nlogn)

 

 


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