python的十大经典排序算法

十大经典排序算法

该文章参照菜鸟教程,也有自己的部分理解。

一、简介

排序算法是《数据结构与算法》中最基本的算法之一。

排序算法可以分为内部排序和外部排序,内部排序是数据记录在内存中进行排序,而外部排序是因排序的数据很大,一次不能容纳全部的排序记录,在排序过程中需要访问外存。常见的内部排序算法有:插入排序、希尔排序、选择排序、冒泡排序、归并排序、快速排序、堆排序、基数排序等。用一张图概括:

python的十大经典排序算法_第1张图片

img

关于时间复杂度

  • 平方阶 (O(n2)) 排序 各类简单排序:
    • 直接插入、直接选择和冒泡排序。
  • 线性对数阶 (O(nlog2n)) 排序:
    • 快速排序、堆排序和归并排序。
  • O(n1+§)) 排序,§ 是介于 0 和 1 之间的常数。:
    • 希尔排序
  • 线性阶 (O(n)) 排序:
    • 基数排序,此外还有桶、箱排序。

关于稳定性

  • 稳定的排序算法:
    • 冒泡排序、插入排序、归并排序和基数排序。
  • 不是稳定的排序算法:
    • 选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序。

名词解释

  • n:数据规模
  • k:"桶"的个数
  • In-place:占用常数内存,不占用额外内存
  • Out-place:占用额外内存
  • 稳定性:排序后 2 个相等键值的顺序和排序之前它们的顺序相同

二、题目

题目如下,非常简单:

给定一个数组,返回该数组排序后的形式

输入:

[5,2,3,1,4]

输出:

[1,2,3,4,5]

三、python自带的sort

在python中,对于列表有自带的sort函数,也有内置函数sorted。我们可以直接使用他:

# 方法一、使用python自带的排序方法
def sort1(arr):
	return sorted(arr)


if __name__ == '__main__':
	arr = [2, 5, 7, 5, 3, 22, 2]
	sort1(arr)
	print(arr)

四、冒泡排序

冒泡排序(Bubble Sort)是排序算法中最为经典的。它重复地走访过要排序的数列,一次比较两个元素,如果他们的顺序错误就把他们交换过来。走访数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换,也就是说该数列已经排序完成。这个算法的名字由来是因为越小的元素会经由交换慢慢"浮"到数列的顶端。

1. 算法步骤

  • 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就交换他们两个。
  • 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。
  • 针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个。
  • 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。

2. 动图演示

3. 比较

冒牌排序的时间复杂度为 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)。如果你的数组已经是一个排序好的数组,那他只需要从第一个开始判断,然后一直判断到第最后一个,这样重复n次。而如果你的数组刚刚好就是一个已经排序好的反序数组时,他就要从第一个开始然后每两个之间都需要进行交换位置,这样n次。但这样有一个好处就是,不管你的数组是很小的一串还是巨大的一串,时间复杂度都基本不变。

4. 核心

冒泡排序的核心在第二层,就是控制第二层从第一个元素开始到长度的第n-i次结束。

5. 代码展示

def sort2(arr):
    for i in range(len(arr) - 1):
        for j in range(len(arr) - i - 1):
            if arr[j] > arr[j + 1]:
                arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]
    return arr

五、选择排序

选择排序是一种简单直观的排序算法,无论什么数据进去都是 O(n²) 的时间复杂度。而他顾名思义就是选出最当前数组中最小的一个元素,然后把他放入第i个元素。

1. 算法步骤

首先在未排序序列中找到最小(大)元素,存放到排序序列的起始位置。

再从剩余未排序元素中继续寻找最小(大)元素,然后放到已排序序列的末尾。

重复第二步,直到所有元素均排序完毕。

2. 动图演示

3. 核心

选择排序的核心在第二层,他控制循环从当前第i+1个元素到最后一个元素。(需要标记min_index)

4. 代码展示

def sort3(arr):
    for i in range(len(arr) - 1):
        min_index = i
        for j in range(i + 1, len(arr)):
            if arr[j] < arr[min_index]:
                min_index = j
        if min_index != i:
            arr[i], arr[min_index] = arr[miin_index], arr[i]
    return arr
def sort3(arr):
	# 外层循环,控制整个循环体
	for i in range(len(arr) - 1):
		min_index = i  # 将当前的i记为默认的最小值下标
		# 内层循环,查找i下标后面的最小值
		for j in range(i + 1, len(arr)):
			if arr[j] < arr[min_index]:  # 如果下标为j的值小于下标是min_index的值,则把j存入min_index
				min_index = j
		# 如果min_index不等于i,说明后面存在比当前下标更小的值,否则就说明当前下标的值是最小值
		if min_index != i:
			arr[i], arr[min_index] = arr[min_index], arr[i]
	return arr

六、插入排序

插入排序的代码实现虽然没有冒泡排序和选择排序那么简单粗暴,但它的原理应该是最容易理解的了,因为只要打过扑克牌的人都应该能够秒懂。插入排序是一种最简单直观的排序算法,它的工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。

1. 算法步骤

将第一待排序序列第一个元素看做一个有序序列,把第二个元素到最后一个元素当成是未排序序列。

从头到尾依次扫描未排序序列,将扫描到的每个元素插入有序序列的适当位置。(如果待插入的元素与有序序列中的某个元素相等,则将待插入元素插入到相等元素的后面。)

2. 动图演示

3. 核心

选择排序的核心还是在第二层,就是需要控制从第i个元素到第一个元素进行逆序查找。

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