快速排序的时间复杂度与空间复杂度

我们来分析一下快速排序法的性能。

快速排序的时间性能取决于快速排序递归的深度,

可以用递归树来描述递归算法的执行情况。

如图9‐9‐7所示,它是{50,10,90,30, 70,40,80,60,20}在快速排序过程中的递归过程。由于我们的第一个关键字是50,正好是待排序的序列的中间值,因此递归树是平衡的,此时性能也比较好。

快速排序的时间复杂度与空间复杂度_第1张图片
在最优情况

Partition每次都划分得很均匀,如果排序n个关键字,其递归树的深度就为
log ⁡ 2 ( 2 n + 1 ) , 节 点 个 数 为 n \log_2(2n+1),节点个数为n log2(2n+1),n
例如2个节点,深度为2.

第一次Partiation应该是需要对整个数组扫描一遍,做n次比较。

获得的枢轴将数组一分为二,那么各自还需要T(n/2)的时间(注意是最好情况,所以平分两半)
分 成 2 块 : T ( n ) ≤ 2 T ( n / 2 ) + n , T ( 1 ) = 0 , 其 中 n = ( log ⁡ 2 2 ) × n 分成2块:T(n)≤2T(n/2) +n,T(1)=0,其中n=(\log_22)\times n 2Tn2Tn/2+nT1=0,n=(log22)×n
不断地划分下去,我们就有了下面的不等式推断
分 成 4 块 : T ( n ) ≤ 2 ( 2 T ( n / 4 ) + n / 2 ) + n = 4 T ( n / 4 ) + 2 n , 其 中 2 n = ( log ⁡ 2 4 ) × n 分成4块:T(n)≤2(2T(n/4)+n/2) +n=4T(n/4)+2n,其中2n=(\log_24)\times n 4Tn22Tn/4+n/2+n=4Tn/4+2n,2n=(log24)×n

分 成 8 块 : T ( n ) ≤ 4 ( 2 T ( n / 8 ) + n / 4 ) + 2 n = 8 T ( n / 8 ) + 3 n … … 分成8块:T(n)≤4(2T(n/8)+n/4) +2n=8T(n/8)+3n …… 8Tn42Tn/8+n/4+2n=8Tn/8+3n

分 成 n 块 : T ( n ) ≤ n T ( 1 ) + ( log ⁡ 2 n ) × n = O ( n log ⁡ 2 n ) 分成n块:T(n)≤nT(1)+(\log_2n)×n= O(n\log_2n) nTnnT1+log2n×n=O(nlog2n)

也就是说,在最优的情况下,快速排序算法的时间复杂度为O(nlogn)。

最坏的情况

待排序的序列为正序或者逆序,每次划分只得到一个比上一次划分少一个记录的子序列,注意另一个为空。如果递归树画出来,它就是一棵斜树

此时需要执行n‐1次递归调用,且第i次划分需要经过n‐i次关键字的比较才能找到第i个记录,也就是枢轴的位置,因此比较次数为

img

最终其时间复杂度为O(n^2)。

平均的情况

设枢轴的关键字应该在第k的位置(1≤k≤n),那么:
T ( n ) = 1 n ∑ k = 1 n ( T ( k − 1 ) + T ( n − k ) ) + n = 2 n ∑ k = 1 n T ( k ) + n T(n)=\frac{1}{n}\sum_{k=1}^{n}({T(k-1)+T(n-k))+n}=\frac{2}{n}\sum_{k=1}^{n}{T(k)+n} T(n)=n1k=1n(T(k1)+T(nk))+n=n2k=1nT(k)+n
空间复杂度

主要是递归造成的栈空间的使用,最好情况,递归树的深度为
l o g 2 n log_2n log2n
其空间复杂度也就为 O(logn),

最坏情况

需要进行n‐1递归调用,其空间复杂度为O(n),

平均情况,

空间复杂度也为O(logn)。

可惜的是,由于关键字的比较和交换是跳跃进行的,因此,

快速排序是一种不稳定的排序方法。

参考自:快速排序最好,最坏,平均复杂度分析

补充:
文本与公式书写使用typora,但是typora不支持公式左对齐,所以写出来比较难看。
另外,csdn的markdown 界面不够好看。

你可能感兴趣的:(java)