排序算法算法总结

评价一个好的算法有以下几个标准
① 正确性(Correctness )
② 可读性(Readability)
③ 健壮性(Robustness)
④ 通用性(Generality)
⑤ 效率与存储量需求：
对于效率指的是算法执行的时间，存储量需求指算法执行过程中所需要的最大存储空间。一般地，这两者与问题的规模有关，其实就是时间复杂度和空间复杂度。

时间复杂度

基本操作重复执行的次数是问题规模n的某个函数，其时间量度记作 T(n)=O(f(n))，称作算法的渐近时间复杂度(Asymptotic Time complexity)，简称时间复杂度。
　"O"的定义： 若f(n)是正整数n的一个函数，则 O(f(n))表示 M≥0 ，使得当n ≥ n0时，| f(n) | ≤ M | f(n0) | 。
表示时间复杂度的阶有：
O(1) ：常量时间阶
O (n)：线性时间阶
O(㏒n) ：对数时间阶
O(n㏒n) ：线性对数时间阶
O (n^k)： k≥2 ，k次方时间阶

下面看个例子：

    for(i=1，i<=n; ++i)  {
         for(j=1; j<=n; ++j)  {
             c[i][j]=0 ;
               for(k=1; k<=n; ++k)  {
                    c[i][j]+=a[i][k]*b[k][j] ;  
                }
          }
    }

由于是一个三重循环，每个循环从1到n，则总次数为： n×n×n=n3　时间复杂度为T(n)=O(n3)

空间复杂度

空间复杂度(Space complexity) ：是指算法编写成程序后，在计算机中运行时所需存储空间大小的度量。记作： S(n)=O(f(n))
其中： n为问题的规模(或大小)
该存储空间一般包括三个方面：

• 指令常数变量所占用的存储空间;
• 输入数据所占用的存储空间;
• 辅助(存储)空间。
• 一般地，算法的空间复杂度指的是辅助空间。
• 一维数组a[n]： 空间复杂度 O(n)
• 二维数组a[n][m]： 空间复杂度 O(n*m)

冒泡排序

排序思想
　依次比较相邻的两个记录的关键字，若两个记录是反序的(即前一个记录的关键字大于后前一个记录的关键字)，则进行交换，直到没有反序的记录为止。
① 首先将L->R[1]与L->R[2]的关键字进行比较，若为反序(L->R[1]的关键字大于L->R[2]的关键字)，则交换两个记录；然后比较L->R[2]与L->R[3]的关键字，依此类推，直到L->R[n-1]与L->R[n]的关键字比较后为止，称为一趟冒泡排序，L->R[n]为关键字最大的记录。
② 然后进行第二趟冒泡排序，对前n-1个记录进行同样的操作。

排序示例
设有9个待排序的记录，关键字分别为23, 38, 22, 45, 23, 67, 31, 15, 41，冒泡排序的过程如下图所示

Paste_Image.png

算法实现：

/**
     * 冒泡排序
     *
     * @param data
     */
    public static void bubbleSort(int[] data) {

        for (int i = 0; i < data.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < data.length - 1 - i; j++) {
                if (data[j] > data[j + 1]) {
                    int temp = data[j];
                    data[j] = data[j + 1];
                    data[j + 1] = temp;
                }
            }
        }
    }

快速排序

排序思想

通过一趟排序，将待排序记录分割成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分记录的关键字小，再分别对这两部分记录进行下一趟排序，以达到整个序列有序。

排序过程

设待排序的记录序列是R[s…t] ，在记录序列中任取一个记录(一般取R[s])作为参照(又称为基准或枢轴)，以R[s].key为基准重新排列其余的所有记录，方法是：

• 所有关键字比基准小的放R[s]之前；
• 所有关键字比基准大的放R[s]之后。
  以R[s].key最后所在位置i作为分界，将序列R[s…t]分割成两个子序列，称为一趟快速排序。

一趟快速排序方法

从序列的两端交替扫描各个记录，将关键字小于基准关键字的记录依次放置到序列的前边；而将关键字大于基准关键字的记录从序列的最后端起，依次放置到序列的后边，直到扫描完所有的记录。
　设置指针low，high，初值为第1个和最后一个记录的位置。
　设两个变量i，j，初始时令i=low，j=high，以R[low].key作基准(将R[low]保存在R[0]中) 。
① 从j所指位置向前搜索：将R[0].key与R[j].key进行比较：

• 若R[0].key≤R[j].key ：令j=j-1，然后继续进行比较， 直到i=j或R[0].key>R[j].key为止；
• 若R[0].key>R[j].key ：R[j]R[i]，腾空R[j]的位置， 且令i=i+1；
  ② 从i所指位置起向后搜索：将R[0].key与R[i].key进行比较：
• 若R[0].key≥R[i].key ：令i=i+1，然后继续进行比较， 直到i=j或R[0].key
• 若R[0].key ③ 重复①、②，直至i=j为止，i就是R0所应放置的位置。

一趟排序示例

设有6个待排序的记录，关键字分别为29, 38, 22, 45, 23, 67，一趟快速排序的过程如图下图所示。

Paste_Image.png

算法实现：

/**
     * 查找中轴所在位置
     *
     * @param data
     * @param low
     * @param high
     * @return
     */
    public static int getMiddle(int[] data, int low, int high) {
        //取第一个元素作为基准点
        int key = data[low];
        while (low < high) {
            //从后半部分向前扫描
            while (data[high] >= key && high > low) {
                high--;
            }
            //比中轴小的记录移到低端
            data[low] = data[high];
            //从前半部分向后扫描
            while (data[low] <= key && high > low) {
                low++;
            }
            //比中轴大的记录移到高端
            data[high] = data[low];
        }
        data[low] = key;
        // 返回中轴的位置
        return low;
    }

    /**
     * 递归形式的分治排序算法
     *
     * @param data
     * @param low
     * @param high
     */
    public static void quickSort(int[] data, int low, int high) {
        if (low < high) {
            //将数组一分为二
            int index = getMiddle(array, low, high);
            quickSort(array, low, index - 1);
            quickSort(array, index + 1, high);
        }
    }

选择排序

选择排序(Selection Sort)的基本思想是：每次从当前待排序的记录中选取关键字最小的记录表，然后与待排序的记录序列中的第一个记录进行交换，直到整个记录序列有序为止。
　　简单选择排序(Simple Selection Sort ，又称为直接选择排序)的基本操作是：通过n-i次关键字间的比较，从n-i+1个记录中选取关键字最小的记录，然后和第i个记录进行交换，i=1, 2, … n-1 。

设有关键字序列为：7, 4, -2, 19, 13, 6，直接选择排序的过程如下图所示。

Paste_Image.png

算法实现：

 /**
     * @param data
     */
    public static void selectSort(int[] data) {
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            //待确定的位置
            int k = i;
            // 选最小的记录
            for (int j = k + 1; j < data.length; j++) {
                if (data[j] < data[k]) {
                    k = j;
                }
            }
            //交换a[i]和a[k]
            if (i != k) {
                int temp = data[i];
                data[i] = data[k];
                data[k] = temp;
            }
        }
    }

插入排序

采用的是以 “玩桥牌者”的方法为基础的。即在考察记录Ri之前，设以前的所有记录R1, R2 ,…., Ri-1已排好序，然后将Ri插入到已排好序的诸记录的适当位置。
最基本的插入排序是直接插入排序(Straight Insertion Sort) 。

排序思想

将待排序的记录Ri，插入到已排好序的记录表R1, R2 ,…., Ri-1中，得到一个新的、记录数增加1的有序表。 直到所有的记录都插入完为止。
设待排序的记录顺序存放在数组R[1…n]中，在排序的某一时刻，将记录序列分成两部分：

• R[1…i-1]：已排好序的有序部分；
• R[i…n]：未排好序的无序部分。
  显然，在刚开始排序时，R[1]是已经排好序的。

设有关键字序列为：7, 4, -2, 19, 13, 6，直接插入排序的过程如下图所示：

Paste_Image.png

算法实现：

 /**
     * 
     * @param data
     */
    public static void insertionSorts(int[] data) {
        for (int i = 1; i < data.length; i++) {
            int temp = data[i];
            int j = i - 1;
            // 从右到左扫描有序区
            while (j >= 0 && temp < data[j]) {
                // 将左侧有序区中元素比array[i]大的array[j+1]后移
                data[j + 1] = data[j];
                j--;
            }
            // 将右侧无序区第一个元素tmp = array[i]放到正确的位置上
            data[j + 1] = temp;
        }
    }