几种常用的排序算法总结

主要针对于插入排序,交换(冒泡和快速),选择,堆排序,归并这几种排序的基本原理和时间复杂度,及空间复杂度的一个总结。

一、插入排序

基本执行过程:3  5  2  7  9  8

1、从小到大:从第二个数开始,每次比较都与前边的几个数进行比较

但是从大到小,要先与前边排好序的几个数中的最大的开始进行比较即倒序比较,依次往前推。

如:5 先与3进行比较,比3大,所以直接排在3的后边为:3
5;

2要先与5进行比较,比5小,再与3比较,比3小,所以排序后为 2
3 5;

7要先与5比,比5大,所以直接排在5后边即可 ,为 2
3 5 7;

2、从大到小:按从小到大:每次比较与最小的先进行比较(倒序),

如:5先与3比,比3大,所以放在3的前面 为:5
3;

2要先与3比,比3小,所以直接为 5
3 2;依次这样比较即可

3、时间复杂度:

最优:当给出的几个数,已经有序时,比如  1 2 3 4 5,那么只需要n-1次,所以时间复杂度为O(n),与n有关

最差:如果给出的几个数与要排序的次序全部相反时,那么每次比较时,从第二个数开始,分别需要比较1 , 2,……(n-1) 次,即时间复杂度为1+2+…+(n-1)=
n(n-1)/2,所以为O(n2)

4、空间复杂度

每次比较,只需要一个辅助空间用来将两个数进行交换,所以为O(1)

二、冒泡 (从小到大举例)

3 5 2 7 9 8

1、基本执行过程:每次比较都选出一个最大的值,沉底

第一个数沉底:3 与5 比,5大,所以为3,5;

5与2比,5大,将5放在2的位置:3,2,5;

5与7比,7大,3,2,5,7;

7与9比,9大,3,2,5,7,9

9与8比,9大,把9放在8的位置,为3,2,5,7,8,9;

此时,第一个数沉底的过程执行完毕。

依次类推,

2、时间复杂度:每次冒泡排序,理论上应执行i=1 to n-1趟(每趟选出一个最大的树沉底),而每趟比较时,需要比较n-i 次(找第一个数比较n-1次,第二个比较n-2次,第i个需n-i次),所以每一个冒泡排序需要两层循环,每层循环都与n有关,所以时间复杂度为O(n2)

最好:已经排好序的一组数,只需要执行n-1次即可所以最好时为O(n)

3、空间复杂度:同上O(1)

三、快速排序

38(low) 66 90 88 10 25 45(high)

1、基本执行过程:

每次比较将第一个数存放起来,作为标志数 x=38保存起来

同时,从第一个和最后一个数开始,分别作为最低和最高标志数的位置

第一趟:从high(45)开始,向前找比x值小的数,直到找到为止,这里为25,与Low位置的数进行交换此时为25(low) 66
90 88 10 38(high) 45

然后从Low开始往后继续找比x值大的数,直到找到为止,这里为66,与high(38)进行交换为 25
38(low) 90 88 10 66(high) 45

依次类推,直到一组数,以x为中介,左边的都比x小,右边的都比x大时,第一趟比较结束。

第二趟开始,将分好的两组继续按第一趟的步骤分别进行比较。

2、时间复杂度

每次执行都把n个数分为两半

第一次执行T(n)=O(n) :O(n)=n

第二次执行T(n)=O(n)+2T(n/2)  :T(n/2)代表分成两半以后,每一半时间复杂度

将第二次执行中的n/2看做为n,那么第三次执行后T(n)=O(n)+2T(n/2),其实,这是一个递归式。

所以根据算法定理

T(n)=aT(n/b)+fn

即,这里的a=2,b=2 ,fn=n

a=b的k次幂,所以T(n)=O(nlogbn)=O(nLog2n)

这个时间复杂度和折半查找以及归并排序类似,可以自己联系一下

四、 选择排序

与冒泡排序正好相反:每排序一趟,把序列中最小的数依次放到序列的最前面

先假设第一个数为最小的,依次与第2,3,4。。。n个数进行比较,没遇到一个比自己小的数,就进行交换,始终保持第一个数为最小的,此为第一趟

时间复杂度:i=n-1趟(找第几个最小的数)

每一趟都从比较的第i个数的后一个开始进行比较,直到n

所以也是两层循环,每层都与n有关为O(n2)

空间复杂度:O(1)

 、堆排序

2 5 3 6 8 9 7

基本执行过程

1、首先将给出的数列进行建树,按顺序建成二叉排序树就好了

2、将建好的二叉树调整成大堆(从大到小)或者小堆(从小到大),从[n/2](这里的n/2的孩子节点为叶子节点)向下取整开始,进行调整,不符合的与父节点进行条换

3、建好堆后,将根节点与最后一个子节点进行交换,交换后,将最后一个子节点拿出,此时为最大值(大堆)或最小值(小堆)

4、按照第二步再进行调整堆,再交换,依次进行即可

如图:

1、建二叉树:

 

2、调整堆

从第3个节点开始进行调整

上面这个树不需要进行调整,因为满足建立一个小堆的要求

3、交换

将2和7进行交换

然后第一个数就出来了为2

4、再调整堆为最小的,此时还是从6/2 =3第3个数开始进行调整调整为一个小堆

5、再交换

3和9交换,此时第二个数3就出来了

依次向上面这样进行排序就好了

时间复杂度:每次去一个数,所以共需n-1趟

每趟比较时,进行调整堆,需要比较最多为树的深度次为[Log2n]+1次

所以时间复杂度为O(nLog2n)

空间复杂度:O(1)

 、归并排序

2  5  4 7  4 8 9

基本执行过程:先两两合并进行比较,从小到大

[2,5] [4,7] [4,8] 9

再让相邻的的两组合并然后进行比较:

[2,5]与[4,7]比较 2与4比较,2小,取出,5与4比较,4小,取出,5与7比较,5小,取出,此时这四个数排好后为:2,4,5,7

然后再比较[4,8] 9

最后再让两组合并比较即可

时间复杂度:与快速排序原理一致,正好是快速排序倒过来的思路最后结果仍为O(nLog2n)

空间复杂度:O(n)???????不太确定??

以上是几种常用的排序算法:

小结:当数组元素基本有序时,采用插入和冒泡排序 O(n)

当n很大时,采用快速,堆,归并排序

稳定排序:插入,冒泡,归并

不稳定:快速,选择,堆排序

时间: 2024-10-15 12:13:06

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