經(jīng)典排序

常用排序算法匯總

● 穩(wěn)定性:在排序過程中凰狞,如果有兩個元素的值相等篇裁,那么它們在排序前后的相對位置不會發(fā)生改變

4赡若、希爾排序:是插入排序的改進版茴恰,又稱縮小增量(gap)排序。
基本思想:根據(jù)這個增量來劃分組斩熊,每一組進行插入排序,所有組排序后稱為一趟希爾排序伐庭。本質(zhì)是對數(shù)組的局部進行排序粉渠。
重復(fù)此過程:gap = len/2分冈;gap = gap/2 => 直到gap = 1,做最后一次排序霸株。(排序可以是任意一種)

5雕沉、歸并: 穩(wěn)定,時間:O(nlogn)去件,樹高度為O(logn)坡椒,每層的時間復(fù)雜度為O(n)∮攘铮空間:O(n)
\color{red}{注意:劃分左右時倔叼,一定要化成[l, m]和[m+1, r],避免兩個元素的時候宫莱,右子數(shù)組無法繼續(xù)劃分U稍堋!}
C++

void merge(int a[], int b,int m, int e){
    int i = b;
    int j = m + 1;
    // 必須從0開始授霸,因為申請的新空間是從索引0開始的巡验,復(fù)制的只是值。
    int k  = 0;
    // 新數(shù)據(jù)可能會存在覆蓋舊數(shù)據(jù)的情況碘耳,所以必須重新開辟一個數(shù)組
    vector<int> v(a, a + sizeof(a)/sizeof(int));
    while(i <= m && j <= e){
        if(a[i] <= a[j]) v[k++] = a[i++];
        else v[k++] = a[j++];
    }
    while(i <= m) v[k++] = a[i++];
    while(j <= e) v[k++] = a[j++];
    for(int t = b;t <= e;t++){
        a[t] = v[t - b];
    }
}
void mergeSort(int a[], int b, int e){
    if(b >= e) return;
    int m = (b + e)/2;
    mergeSort(a, b, m);
    mergeSort(a, m + 1, e);
    merge(a, b, m, e);
}

? 另:涉及到跟磁盤打交道(外部排序)显设,則需要特殊的考慮。歸并排序是天然適合外部排序的算法辛辨,可以將分割后的子數(shù)組寫到單個文件中捕捂,歸并時將小文件合并為更大的文件【利用雙指針合并】

6愉阎、快排:不穩(wěn)定绞蹦,時間:O(nlogn),空間:O(logn)

\color{red}{注意:一定要先從右邊開始尋找榜旦,然后進行覆蓋幽七,是一種填空法。 避免左右指針直接交換(可能會導(dǎo)致i == j時溅呢,a[i]沒有被被比較澡屡。)}
C++

//快排
int findPartition(int a[], int b, int e){
    int base = a[b];
    int i = b;
    int j = e;
    while(i < j){
        while(i < j && base <= a[j]) j--;
        a[i] = a[j];
        while(i < j && base >= a[i]) i++;
        a[j] = a[i];
    }
    a[i] = base;
    return i;
}
void quickSort(int a[], int b, int e){
    if(b >= e) return;
    int index = findPartition(a, b, e);
    quickSort(a, b, index - 1);
    quickSort(a, index + 1, e);
}

快排優(yōu)化
① Tail Call(尾調(diào)用):盡量使得函數(shù)調(diào)用發(fā)生在最后,此時父函數(shù)無需保存自身變量等等咐旧,從而節(jié)省了空間驶鹉。
普通快排選擇最左元素為基準(zhǔn)值,在數(shù)組元素完全倒序時铣墨,會導(dǎo)致遞歸棧深度到達N(即最差空間復(fù)雜度O(N))室埋。
優(yōu)化策略:不再對左右兩個數(shù)組都進行遞歸,而是將較短的子數(shù)組遞歸,可以將最差的遞歸深度控制在O(logN)姚淆。
● 理解:當(dāng)數(shù)組完全倒序時孕蝉,下一個遞歸方法壓棧時,棧是空的(因為已經(jīng)處理好上一個遞歸方法了)腌逢,這種尾調(diào)用可使得遞歸深度更小降淮。
只需修改quickSort函數(shù):

void quickSort(int[] nums, int l, int r) {
    // 子數(shù)組長度為 1 時終止遞歸
    while (l < r) { 【注意!】
        // 哨兵劃分操作
        int i = partition(nums, l, r);
        // 僅遞歸至較短子數(shù)組搏讶,控制遞歸深度
        if (i - l < r - i) {
            quickSort(nums, l, i - 1);
            l = i + 1; 【注意佳鳖!】
        } else {
            quickSort(nums, i + 1, r);
            r = i - 1; 【注意!】
        }
    }
}

?另外:當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大的時候先用的快排媒惕,當(dāng)數(shù)據(jù)量小的時候可以考慮用【直接插入】系吩,因為當(dāng)數(shù)據(jù)量變小時,快排中的每個部分基本有序吓笙,接近直接插入的最好情況的時間復(fù)雜度O(n)淑玫,就比快排要好一點了。
② 隨機基準(zhǔn)數(shù):不是總選最左元素面睛,而是隨機選擇一個元素作為基準(zhǔn)數(shù)(選擇完畢后絮蒿,可跟最左元素交換位置)
只需修改partition函數(shù):

int partition(int[] nums, int l, int r) {
    // 在閉區(qū)間 [l, r] 隨機選取任意索引,并與 nums[l] 交換
    int ra = (int)(l + Math.random() * (r - l + 1));
    swap(nums, l, ra);
     ……
}

?另外:中樞選擇除了隨機叁鉴,還可以使用【三數(shù)取中】策略土涝。即知道數(shù)列的首尾后,我們便可以求出中間位置的數(shù)幌墓,我們只需要在首但壮,中,尾這三個數(shù)據(jù)中常侣,選擇一個排在中間的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)值蜡饵。

7、堆排序: 不穩(wěn)定胳施,時間:O(nlogn)溯祸,空間:O(1)
C++

void heapAdjust(int a[], int len, int t){
    int target = a[t];
    for(int i = t * 2 + 1; i < len; i = t * 2 + 1){
        if(i + 1 < len && a[i] < a[i + 1]) i++;
        if(a[i] <= target) break;
        else{
            a[t] = a[i];
            t = i;
        }
    }
    a[t] = target;
}
void heapSort(int a[], int len){
    // 構(gòu)建大根堆
    for(int i = len/2 - 1; i >= 0; i--){
        heapAdjust(a, len, i);
    }
    // 堆排序
    for(int i = len - 1; i > 0; i--){
        int temp = a[0];
        a[0] = a[i];
        a[i] = temp;
        heapAdjust(a, i, 0);
    }
}

8、計數(shù)排序——不基于比較的排序
基本思想:找到數(shù)組種最小和最大的元素舞肆,得到他們的差值范圍焦辅,申請額外空間。然后遍歷數(shù)組椿胯,在額外的空間中統(tǒng)計對應(yīng)位置的數(shù)量筷登。根據(jù)額外空間中的統(tǒng)計信息,根據(jù)數(shù)量打印數(shù)據(jù)哩盲。
優(yōu)勢:在對一定范圍內(nèi)的整數(shù)排序時前方,他的復(fù)雜度為O(n+k)(其中k是整數(shù)的范圍)狈醉,快于任何比較的排序算法。
劣勢:它是一種犧牲空間惠险,換取時間的做法舔糖。如果O(k)>O(nlogn)時,它的效率反而不如基于比較的排序算法莺匠。

9、桶排序(箱排序)——不基于比較的排序
基本思想:將數(shù)組分到有限數(shù)量的桶子(劃分?jǐn)?shù)據(jù)范圍)里十兢。將數(shù)組中的元素分配到這些桶中趣竣,對桶中的元素進行排序(有可能是再使用別的排序算法,或者是以遞歸的方式繼續(xù)使用桶排序)旱物。將每個桶中排好序的元素遥缕,按照桶的順序依次輸出。

10宵呛、基數(shù)排序:桶排序的擴展单匣,是一種效率高的穩(wěn)定排序法——不基于比較的排序
基本思想:根據(jù)數(shù)值的個位、十位宝穗、百位……來將數(shù)據(jù)裝入桶中户秤。確定數(shù)組中最大元素的位數(shù)(并將其他數(shù)通過高位補0的操作,達到位數(shù)對齊的目的)逮矛,這決定了裝桶操作的輪數(shù)鸡号。每一輪裝桶(從最低位個位開始),需要判斷元素當(dāng)前位须鼎,存入對應(yīng)的桶中(共有0~9鲸伴,10個桶)。完成這一輪后晋控,出隊(按照入桶順序)汞窗,存入原數(shù)組。重復(fù)操作赡译,直至完成最大輪次仲吏。
● 如果是按照:個位→十位→百位→……,那么就是不斷迭代捶朵,將數(shù)按順序重復(fù)幾輪(數(shù)位決定了輪次)裝入0-9的桶中蜘矢;
● 如果是按照:……→百位→十位→個位,那么就是演變成桶排序综看,需要在各自的桶中繼續(xù)進行排序品腹。

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