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算法系列笔记(四)基本排序

算法系列笔记(四)基本排序

作者: shaclow | 来源:发表于2018-07-22 09:08 被阅读0次

    今天这篇文章简单介绍下最最最基础的排序

    我们数据的存储方式默认为数组,长度为N个元素

    选择排序:

    算法描述:就是在数组中找到最小的元素,和第一位元素互换内容,倘若第一位的元素最小,则自己和自己互换。然后从第二位开始(因为第一位已经排好序了)遍历数组找到现存最小的元素,让他和第二互换位置。然后从第三位开始重复。。。。。

    影响排序的时间的因素有两点,一个是数据移动,为N次。一个是数组比较(其实就是数组遍历的过程)为N-1+N-2+····+2+1=N(N-1)/2约为N^2的量级

    根据上面分析可以看出选择排序的时间和输入无关,无论是随机打乱的数组还是已经排好序的数组,进行排序所用的时间都一样。

    选择排序的代码实现

    public class Selection {
        public static void sort(int [] a) {
            int n=a.length;
            int min;
            for(int i=0;i<n;i++) {          //i代表正在排序的位置
                min=i;
                for(int j=i+1;j<n;j++) {          //遍历数组只需要从i后面的数组就行,前面已经排好序了
                    if(a[j]<a[min]) min=j;        //找到最小的元素,然后记录它的序号
                }
            exchange(a, i, min);
            }
        }
        
        //交换数组元素的次序
        public void exchange(int []a,int b,int min) {
                int temp=a[b];
                a[b]=a[min];
                a[min]=temp;
        }
    }
    

    插入排序:

    算法描述:是自己从大到小的序号开始遍历数组元素,比如刚好遍历到i序号,则序号0-(i-1)都是维护大小顺序,现在就是要将原来序号为i的的元素插入到已经维护好的数组,形成排序好的i+1数组,不断增加排序好的数组的元素数目。最后形成数量为n的排序后的数组。

    这个算法的时间是和输入有关的最坏情况要分别有~n^/2 比较和交换。最好的情况为n-1次比较0次交换,平均下来是n^2/4的比较和交换,看起来如果n比较大的话好像插入比选择排序更快

    public class Insertionsort {
        public static void sort(int []a) {
            int n=a.length;
            for(int i=1;i<n;i++) {
                for(int j=i;j>0&&(a[j]<a[j-1]);j--) {
                    exchange(a,j,j-1);
                }
            }
        }
        public static void exchange(int []a,int b,int min) {
            int temp=a[b];
            a[b]=a[min];
            a[min]=temp;
    }
    }
    

    希尔排序

    这个有一点点难懂,它其实是上面插入排序的升级版。不过它维护数组不是从左到右长度逐渐变大(传统插入排序的方式)。它是将数组分成gap组,每组数组的元素为间隔为gap的元素,每一组的元素数可能为n/gap(如果gap不是n的因数的话部分数组的元素数为n/gap+1)然后分别维护他们的顺序。然后再将gap的值按一定规则变小,重新切割数组再维护数组顺序。gap变得越来越小,最后变成1。这时候就维护长度为n的序列,就是完整的遍历冒泡排序,(冒泡和插入,区别不大,但是有区别的,具体查查冒泡排序)这里说冒泡是强调最后一次数组遍历保证排序的正确性,前面的工作只是为了减少这一步的比较和交换次序的操作。

    希尔排序的核心思想维护部分部分有序最终利于维护整体有序。

    public class Shellsort {
     public static void sort(int [] a) {
         int n=a.length;
         int gap=n/2;
         while(gap>=1) {
             for(int i=gap;i<n;i++) {
             for(int j=i;j>=0&&a[j]<a[j-gap];j-=gap) {
                 exchange(a,j,j-gap);
             }
             }
             gap/=2;
         }
     }
     public static void exchange(int []a,int b,int c) {
         int temp=a[b];
         a[b]=a[c];
         a[c]=temp;
     }
    }
    

    注意gap的取值和缩小规律是如何其实都是没关系的,不会影响算法的正确性。但是gap一定要最后是为1!!!

    希尔排序对中等大小的数组的运行时间还是可以接受的,但它还只是一种基础的算法,对于大型的数组排序还是需要更高效的算法,这就需要我们继续的学习了。:)

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