排序算法的稳定性

首先,排序算法的稳定性大家应该都知道,通俗地讲就是能保证排序前2个相等的数其在序列的前后位置顺序和排序后它们两个的前后位置顺序相同。在简单形式化一下,如果Ai = Aj,Ai原来在位置前,排序后Ai还是要在Aj位置前。

其次,说一下稳定性的好处。排序算法如果是稳定的,那么从一个键上排序,然后再从另一个键上排序,第一个键排序的结果可以为第二个键排序所用。基数排序就是这样,先按低位排序,逐次按高位排序,低位相同的元素其顺序再高位也相同时是不会改变的。另外,如果排序算法稳定,对基于比较的排序算法而言,元素交换的次数可能会少一些(个人感觉,没有证实)。

回到主题,现在分析一下常见的排序算法的稳定性,每个都给出简单的理由。

(1)冒泡排序

冒泡排序就是把小的元素往前调或者把大的元素往后调。比较是相邻的两个元素比较,交换也发生在这两个元素之间。所以,如果两个元素相等,我想你是不会再无聊地把他们俩交换一下的;如果两个相等的元素没有相邻,那么即使通过前面的两两交换把两个相邻起来,这时候也不会交换,所以相同元素的前后顺序并没有改变,所以冒泡排序是一种稳定排序算法。

(2)选择排序

选择排序是给每个位置选择当前元素最小的,比如给第一个位置选择最小的,在剩余元素里面给第二个元素选择第二小的,依次类推,直到第n - 1个元素,第n个元素不用选择了,因为只剩下它一个最大的元素了。那么,在一趟选择,如果当前元素比一个元素小,而该小的元素又出现在一个和当前元素相等的元素后面,那么交换后稳定性就被破坏了。比较拗口,举个例子,序列5
8 5 2 9,我们知道第一遍选择第1个元素5会和2交换,那么原序列中2个5的相对前后顺序就被破坏了,所以选择排序不是一个稳定的排序算法。

(3)插入排序

插入排序是在一个已经有序的小序列的基础上,一次插入一个元素。当然,刚开始这个有序的小序列只有1个元素,就是第一个元素。比较是从有序序列的末尾开始,也就是想要插入的元素和已经有序的最大者开始比起,如果比它大则直接插入在其后面,否则一直往前找直到找到它该插入的位置。如果碰见一个和插入元素相等的,那么插入元素把想插入的元素放在相等元素的后面。所以,相等元素的前后顺序没有改变,从原无序序列出去的顺序就是排好序后的顺序,所以插入排序是稳定的。

(4)快速排序

快速排序有两个方向,左边的i下标一直往右走,当a[i] <= a[center_index],其中center_index是中枢元素的数组下标,一般取为数组第0个元素。而右边的j下标一直往左走,当a[j] > a[center_index]。如果i和j都走不动了,i <= j,交换a[i]和a[j],重复上面的过程,直到i > j。 交换a[j]和a[center_index],完成一趟快速排序。在中枢元素和a[j]交换的时候,很有可能把前面的元素的稳定性打乱,比如序列为5 3 3 4 3 8 9 10 11,现在中枢元素5和3(第5个元素,下标从1开始计)交换就会把元素3的稳定性打乱,所以快速排序是一个不稳定的排序算法,不稳定发生在中枢元素和a[j]
交换的时刻。

(5)归并排序

归并排序是把序列递归地分成短序列,递归出口是短序列只有1个元素(认为直接有序)或者2个序列(1次比较和交换),然后把各个有序的段序列合并成一个有序的长序列,不断合并直到原序列全部排好序。可以发现,在1个或2个元素时,1个元素不会交换,2个元素如果大小相等也没有人故意交换,这不会破坏稳定性。那么,在短的有序序列合并的过程中,稳定是是否受到破坏?没有,合并过程中我们可以保证如果两个当前元素相等时,我们把处在前面的序列的元素保存在结果序列的前面,这样就保证了稳定性。所以,归并排序也是稳定的排序算法。

(6)基数排序

基数排序是按照低位先排序,然后收集;再按照高位排序,然后再收集;依次类推,直到最高位。有时候有些属性是有优先级顺序的,先按低优先级排序,再按高优先级排序,最后的次序就是高优先级高的在前,高优先级相同的低优先级高的在前。基数排序基于分别排序,分别收集,所以其是稳定的排序算法。

(7)希尔排序(shell)

希尔排序是按照不同步长对元素进行插入排序,当刚开始元素很无序的时候,步长最大,所以插入排序的元素个数很少,速度很快;当元素基本有序了,步长很小, 插入排序对于有序的序列效率很高。所以,希尔排序的时间复杂度会比O(n^2)好一些。由于多次插入排序,我们知道一次插入排序是稳定的,不会改变相同元素的相对顺序,但在不同的插入排序过程中,相同的元素可能在各自的插入排序中移动,最后其稳定性就会被打乱,所以shell排序是不稳定的。

(8)堆排序

我们知道堆的结构是节点i的孩子为2 * i和2 * i + 1节点,大顶堆要求父节点大于等于其2个子节点,小顶堆要求父节点小于等于其2个子节点。在一个长为n 的序列,堆排序的过程是从第n / 2开始和其子节点共3个值选择最大(大顶堆)或者最小(小顶堆),这3个元素之间的选择当然不会破坏稳定性。但当为n / 2 - 1, n / 2 - 2, ... 1这些个父节点选择元素时,就会破坏稳定性。有可能第n / 2个父节点交换把后面一个元素交换过去了,而第n / 2 - 1个父节点把后面一个相同的元素没 有交换,那么这2个相同的元素之间的稳定性就被破坏了。所以,堆排序不是稳定的排序算法。

时间: 2024-08-04 21:22:42

排序算法的稳定性的相关文章

转:各种排序算法的稳定性和时间复杂度小结

选择排序.快速排序.希尔排序.堆排序不是稳定的排序算法, 冒泡排序.插入排序.归并排序和基数排序是稳定的排序算法. 冒泡法:  这是最原始,也是众所周知的最慢的算法了.他的名字的由来因为它的工作看来象是冒泡:  复杂度为O(n*n).当数据为正序,将不会有交换.复杂度为O(0). 直接插入排序:O(n*n) 选择排序:O(n*n) 快速排序:平均时间复杂度log2(n)*n,所有内部排序方法中最高好的,大多数情况下总是最好的. 归并排序:log2(n)*n 堆排序:log2(n)*n 希尔排序:

各种排序算法的稳定性和时间复杂度小结

选择排序.快速排序.希尔排序.堆排序不是稳定的排序算法, 冒泡排序.插入排序.归并排序和基数排序是稳定的排序算法. 冒泡法:  这是最原始,也是众所周知的最慢的算法了.他的名字的由来因为它的工作看来象是冒泡:  复杂度为O(n*n).当数据为正序,将不会有交换.复杂度为O(0). 直接插入排序:O(n*n) 选择排序:O(n*n) 快速排序:平均时间复杂度log2(n)*n,所有内部排序方法中最高好的,大多数情况下总是最好的. 归并排序:log2(n)*n 堆排序:log2(n)*n 希尔排序:

内部排序算法的稳定性

1.排序 排序是计算机程序设计中的一个重要操作,因此学习和研究各种排序算法是一个重要的课题. 2.排序种类 根据排序记录的数量和排序过程中的存储器不同,可以将排序分为内部排序和外部排序. 内部排序:指的是将带排序记录存放到计算机内存中进行排序的过程. 外部排序:指的是带排序的记录数量很大,以至于内存一次不能容纳全部记录,在排序过程中尚需对外存进行访问的排序过程. 3.排序稳定性 关于排序的稳定性:如果排序前2个相等的数在序列的前后位置顺序和排序后它们两个的前后位置顺序相同,就是稳定的排序,否则就

算法 - 排序算法的稳定性

排序算法的稳定性 排序的稳定性,指原有数据相同值的原始次序不变. 可以: 冒泡排序遇到相等的数不交换即可做到稳定. 插入排序,遇到相等的数即停止比较,插入数组. 归并排序 merge 过程中,遇到相等的值先填入左区域的值就可以做到稳定. 不可以: 选择排序不能做到稳定性,选择数值的时候交换数字是会打乱原始的次序. 随机快排不具有稳定性,因此荷兰国旗问题也是不能做到稳定性的. 堆排序. 稳定性的意义: 现实工程中需要保持上一次排序时遗留的信息,比如学校的成绩排序,第一次查询以成绩高低排序,第二次查

各种排序算法的稳定性分析

(1)冒泡排序 冒泡排序就是把小的元素往前调或者把大的元素往后调.比较是相邻的两个元素比较,交换也发生在这两个元素之间.所以,如果两个元素相等,我想你是不会再无聊地把他们俩交换一下的:如果两个相等的元素没有相邻,那么即使通过前面的两两交换把两个相邻起来,这时候也不会交换,所以相同元素的前后顺序并没有改变,所以冒泡排序是一种稳定排序算法. (2)选择排序 选择排序是给每个位置选择当前元素最小的,比如给第一个位置选择最小的,在剩余元素里面给第二个元素选择第二小的,依次类推,直到第n-1个元素,第n个

各种排序算法的稳定性以及时间和空间复杂度分析

1.稳定性 ①冒泡排序 比较是两个相邻的元素比较,交换是两个相邻的元素交换.所以如果两个元素相等,就不用无聊地去交换吧,这样也能减少交换次数.所以冒泡排序是稳定的. ②选择排序 选择排序是每次给第一个位置选第一小的,给第二个位置选第二小的,以此类推......所以说两个相等的元素可能因为选择第一个小的就会被打乱顺序.例如5 8 5 2,这四个元素选第一小的2的时候会把5放入放入2的原位置,导致两个5相对顺序变化,所以不稳定. ③插入排序 插入排序是在已经有序的小序列的基础上排序的.排序的规则是:

数据结构——排序——8种常用排序算法稳定性分析

首先,排序算法的稳定性大家应该都知道,通俗地讲就是能保证排序前2个相等的数其在序列的前后位置顺序和排序后它们两个的前后位置顺序相同.在简单形式化一下,如果Ai = Aj, Ai原来在位置前,排序后Ai还是要在Aj位置前. 其次,说一下稳定性的好处.排序算法如果是稳定的,那么从一个键上排序,然后再从另一个键上排序,第一个键排序的结果可以为第二个键排序所用.基数排序就是这样,先按低位排序,逐次按高位排序,低位相同的元素其顺序再高位也相同时是不会改变的.另外,如果排序算法稳定,对基于比较的排序算法而言

排序算法的时空复杂度、稳定性分析

1.基本概念 2.时空复杂度 3.稳定性 4.使用情况分析 排序算法总结(C语言版)已介绍排序算法的基本思想和C语言实现,本文只介绍时空复杂度和稳定性. 1.基本概念 时间复杂度: 一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例,哪个算法中语句执行次数多,它花费时间就多.一个算法的语句执行次数称为语句频度或时间频度.记为T(n).n称为问题的规模,当n不断变化时,时间频度T(n)也会不断变化.但有时我们想知道它变化时呈现什么规律,为此,引入时间复杂度概念.若有某个辅助函数f(n),使得当n趋近

排序算法稳定性

Contents 定义 排序前后两个相等的数相对位置不变,则稳定 稳定性的好处 从一个键上排序,然后再从另一个键上排序,第一个键排序的结果可以为第二个键排序所用 各排序算法的稳定性 堆排序.快速排序.希尔排序.直接选择排序不是稳定的排序算法 基数排序.冒泡排序.直接插入排序.折半插入排序.归并排序是稳定的排序算法 冒泡排序 小的元素往前调或者把大的元素往后调 比较是相邻的两个元素比较,交换也发生在这两个元素之间 稳定排序算法 选择排序 每个位置选择当前元素最小的 在一趟选择中,如果当前元素比一个