2018-09-08

排序算法

我们通常所说的排序算法是指内部排序算法,即数据记录在内存中进行排序。

排序算法大致分为两种:

一种是比较排序,时间复杂度O(nlogn) ~ O(n^2),主要有:冒泡排序,选择排序,插入排序,归并排序,堆排序,快速排序等。

另一种是非比较排序,时间复杂度可以达到O(n),主要有:计数排序,基数排序,桶排序等


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算法的稳定性:冒泡,直接插入,归并

算法的稳定性是指若Ai=Aj,在排序之前的相对顺序是Ai在Aj之前,那么进行排序之后Ai还应该在Aj之前,即算法是稳定的

内部排序算法:

1.冒泡排序

核心思想:

1.比较相邻元素,如果前一个比后一个大,就把它们两个调换位置。

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。这步做完后,最后的元素会是最大的数。

2.针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。

3.持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤,直到没有任何一对数字需要比较。


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简单优化冒泡排序:


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2.选择排序

核心算法:选择排序也是一种简单直观的排序算法。(以从小到大的排序为例。)

1、初始时在序列中找到最小元素,放到序列的起始位置作为已排序序列;

2、然后,再从剩余未排序元素中继续寻找最小元素,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。


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选择排序示意图


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3.插入排序

插入算法用于满足一定条件时,可以提前结束,所以插入排序对于近似有序的序列来说,效率很高。插入算法通常与其他排序算法进行组合,从而减少运行时间

核心思想:1.将元素拿出来

                   2.将符合条件的元素后移


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4.希尔排序

希尔排序是对插入排序的一个改进,首先引入分组的思想,从而将算法的时间复杂度降低到O(nlogn)


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希尔排序示意图


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5.快速排序

核心思想:

对于一个无序list,取index为0的元素作为中间数,然后执行分区函数,让比中间数小的点都在中间数左边,比中间数大的点都在中间数右边。此时得到了一个看似有序其实无序的list:

有序体现在此时list分成了两个区域,左边的都比中间数小,右边的都比中间数大。

无序体现在,而这两个区域,又都是无序的list

算法步骤:

1.基准点选取:快速排序首先需要先选择一个值作为基准点,一般选择是arr[0],但是当数据出现近乎有序时,则比较复杂。因此基准点一般是随机选取一个值,在数学上会以很大的概率使算法的复杂度接近(O(nlogn)),极小的概率为O(n^2)

2.我们对这两个无序的list再次调用分区函数,此时会得到四个看似有序而又无序的list,接着调用分区函数,直到最终list长度为2时,再调用一次分区函数,那么一定是左边有序并且小于右边,因此此时所有的子列表都是有序的,那么此时一整个list也就是一个有序的list了。

左边的无序区域为nums[first:index-1]

右边的无序区域为nums[index+1,last]

代码如下:


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6.归并排序:

最易于理解的白话:首先考虑下如何将将二个有序数列合并

1、这个非常简单,只要从比较二个数列的第一个数,谁小就先取谁,取了后就在对应数列中删除这个数。

2、然后再进行比较,如果有数列为空,那直接将另一个数列的数据依次取出即可。

比如,13跟24678合并。

1跟2比较,1小于2,那么list.append(1)。

3跟2比较,2小于3,那么list.append(2)

3跟4比较,3小于4,那么list.append(3)

left数列已经为空,那么就把right的数列都append到list中。

核心思想:

那么归并排序呢,一样的道理。但是不一样的地方就是,一开始不是两个有序list,而是是一整个无序list,为了满足“两个有序”的要求,我们分两步:

1、先把list分成left和right两个无序的部分

2、把这两个无序的部分,调用函数排成两个有序的部分

这里的两个无序的部分怎么排序成有序的部分呢。就是递归调用归并排序函数了。

3、对两个有序的部分,进行上面的merge操作即可。

其中递归的地方就是,上面的第二步中,上面的


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