数据结构与算法分析-排序

作者:xiabodan 出处:http://blog.csdn.net/xiabodan 

排序算法(Sorting Algorithm)是计算机算法的一个组成部分。也是程序=算法+数据结构中的一部分(算法)。

实验平台:raspberry 2 B + Ubuntu Mate 

插入排序

外循环i由1到N-1,内循环由j由i到1,每次内循环都将A【j】插入到序列A【0】-A【i】的正确位置,这样就保证了每次外循环之后序列A【0】-A【i】都是已经排好序的,外循环仅仅是将自己插入在A【0】-A【i】之间,且不影响原来的序列正确性。和冒泡算法一样都要经过O(N^2)次比较和交换,如下图
数据结构与算法分析-排序_第1张图片

//插入排序
//stable
//O(N^2) comparisons and swaps
//Adaptive: O(n) time when nearly sorted
//Very low overhead
void insertion(elementtype A[],int n)
{
	int p = 0 ;
	int j = 0 ;
	for(p=1;p0&&A[j-1]>tem;j--)
		{
			 A[j] = A[j-1];
		}
		A[j] = tem;
	}
			
}

希尔排序

希尔排序有时可以成为增量缩小排序,选择一个大小为hk的区间,对相隔hk个元素进行插入排序,逐渐减小hk区间,直至hk变为1
数据结构与算法分析-排序_第2张图片
//希尔排序
//O(N^3/2)   unstable
//Adaptive: O(N.lg(N)) time when nearly sorted
//Very low overhead
void shell(elementtype A[],int n)
{
	int i,j,inc;
	elementtype tem;

	for(inc=N/2;inc>0;inc /=2)
	{
		for(i=inc;i=inc;j-=inc)
			{
				if(tem

冒泡排序

冒泡排序比较暴力,外循环i从A【0】-A【N-1】,内循环从A【N-1】-A【i】,同时内循环从末尾开始一直向i靠近,并找出其中最小的元素冒出来到A【i+1】,故称为冒泡排序,十分暴力,但很稳定,需要1+2+3+4+.......+N = N*(N+1) = O(N^2)次比较和交换,效率很低。但是当某次内循环检测到没有发生交换后,说明A【N-1】-A【i】都是按照顺序排列的,不需要排序了。因此如果当给定数据是已经接近排序好的时候,冒泡算法时间复杂度仅为O(N)。
//冒泡排序
//O(N^2)   stable
//Adaptive: O(N) time when nearly sorted
//Very low overhead
void bubble(elementtype A[],int n)
{
	int flag = 1;
	int i,j;
	for(i=0;ii;j--)
		{
			if(A[j]


选择排序

选择排序,外循环i从A【0】-A【N-1】,内循环从A【i+1】-A【N-1】,内循环负责找出A【i+1】-A【N-1】中比A【i】小的元素,并用一个k去标记它的位置,在内循环结束的时候将A【i】与A【k】互换,那么A【i+1】-A【N-1】中比A【i】小的元素A【k】就被放在了A【i】这个位置。也就是选择一个最小的放在A【i】这个位置。选择排序的比较次数是O(N^2),但是交换次数却只有O(N)。因为内循环每次仅仅是标记最小元素,并没有实时的去交换元素。

//选择排序
//Not stable
//O(1) extra space
//Θ(n2) comparisons
//Θ(n) swaps
//Not adaptive
void selection(elementtype A[],int n)
{
	int i,j;
	int k;
	for(i=0;i


快速排序

快速排序是一个典型的分治策略,就是将很大的集合A划分为很小的模块,逐一处理。首先需要选择一个 枢纽元素pivot,然后将整个集合A分为两半,一办是都比pivot小的元素,集合Al放在左边;一组是比pivot大的元素都放在右边,叫做集合Ar。然后再对左右边的子集Al与Ar分别采取同样的方法递归,直至集合Al和Ar都只有一个元素,在实际应用中,一般不会让Al和Ar都递归到1个元素,一种要的方法是当Al和Ar小于10( 阈值CUT)后,就不在采用快排算法,而是换为插入排序算法效率更高,由于本文测试中不利于大数据的排序,所以仅仅将阈值CUT设置为10。见下图
数据结构与算法分析-排序_第3张图片

另外一个问题是枢纽元素pivot的选择,选择枢纽元素pivot的方法有很多,一种常用的就是三数中值算法。也就是选取集合A首尾以及中位元素,然后选取这三个数的中位数作为枢纽元素pivot。


//快速排序
//not Stable
//O(lg(n)) extra space (see discussion)
//O(n2) time, but typically O(n·lg(n)) time
//Not adaptive
#define CUT 3
elementtype median3(elementtype A[],int left ,int right)
{
	int center = (left +right) / 2;
	if(A[left]>A[center])
		swap(&A[left],&A[center]);
	if(A[left]>A[right])
		swap(&A[left],&A[right]);
	if(A[center]>A[right])
		swap(&A[center],&A[right]);

	swap(&A[center],&A[right-1]);

	return A[right-1];
}
void Qsort(elementtype A[],int left, int right)
{
	int i,j;
	elementtype pivot;

	if(left + CUT<= right)
	{
		pivot = median3(A,left,right); //select middle element as pivot
		i = left;j = right-1;
		for(;;)
		{
			while(A[++i]pivot){}
			if(i


归并排序

归并排序的思想也是(divide-and-conquer)分治策略,将集合A递归均分,直至没组只剩下一个元素时,在开始组合,组合原理如下图很形象,就不多解释。更多关于归并算法可以参见博客 http://geeksquiz.com/merge-sort/
数据结构与算法分析-排序_第4张图片

//归并排序
//Stable
//(n) extra space for arrays (as shown)
//(lg(n)) extra space for linked lists
//(n·lg(n)) time
//Not adaptive
//Does not require random access to data
void Merge(elementtype A[],elementtype TA[],int lpos,int rpos,int rightend)
{
	int leftend = rpos-1;
	int numelement = rightend -lpos + 1;
	int tpos = lpos;

	while(lpos<=leftend && rpos<=rightend)
		if(A[lpos] <= A[rpos])
			TA[tpos++] = A[lpos++];
		else
			TA[tpos++] = A[rpos++];

	while(lpos<=leftend)
		TA[tpos++] = A[lpos++];
	while(rpos<=rightend)
		TA[tpos++] = A[rpos++];

	int i = 0;
	for(i=0;i



头文件中包含其他的一个变量和打印、交换函数
typedef   int elementtype;
#define N 10

//other function used for debug
void print(elementtype A[],int n)  
{
	int i = 0;
	printf("after sorting\n");
	for(i=0;i
void swap(elementtype *a,elementtype *b)
{
	elementtype tem = *a;
	*a	= *b;
	*b	= tem;
}



未完待续.......


总结:

     稳定的排序:    插入排序,       冒泡排序,      归并排序
     时间复杂度  :         O(n 2 )  O(n2)   O(n·lg(n))

      不稳定的排序:选择排序,      希尔排序,       堆排,             快排
     时间复杂度  :         O(n 2 )  O(n3/2)  O(n·lg(n))  O(n·lg(n))
      
      

     冒泡和插入是慢慢找到最大或最小的放在第一个去;选择直接找到最大或者最小放到第一个;归并、快排都用了devide-merge-conquer(分治策略),期间还是会用到前面提到的那几种最基本的算法;堆排序用了选择排序的思想;桶排序用了空间换时间的方法;万变不离其宗。

参考:

     数据结构与算法分析-C语言描述[M],机械工业出版社

     博客园 vamei的博客:http://www.cnblogs.com/vamei/archive/2013/03/12/2948847.html

         天津城市学院一个精品课程:http://sjjp.tjuci.edu.cn/sjjg/datastructure/ds/web/paixu/paixu8.1.1.1.htm

国外一个排序网站有动画,分析,为代码: http://www.sorting-algorithms.com/

一个在国内不算太有名的国外网站,里面的内容貌似不止算法:
Programming problems and Competitions :: HackerRank
一个俄罗斯的ACM竞赛网站,不定期有算法比赛:
Codeforces
据说是某个Top2大学为后台的算法网站,比较简单,而且一直在定期更新算法入门教程,有定期比赛:
hihoCoder
hdu主办的ACM算法竞赛网站,定期有比赛:
Welcome to BestCoder
宇宙级题库:
UOJ - Universal Online Judge

北大:poj.org/
杭电:acm.hdu.edu.cn/
华中科技大学:acm.hust.edu.cn/vjudge/

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