基本算法——快速排序算法

? ? 快速排序算法是對(duì)冒泡算法的改進(jìn)娇妓。所以我們首先來(lái)簡(jiǎn)單的談?wù)劽芭菟惴ā?/p>

1.冒泡算法

冒泡排序(Bubble Sort)板壮,是一種計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的較簡(jiǎn)單的排序算法。

? ? 它重復(fù)地走訪過(guò)要排序的數(shù)列,一次比較兩個(gè)元素阅酪,如果他們的順序錯(cuò)誤就把他們交換過(guò)來(lái)。走訪數(shù)列的工作是重復(fù)地進(jìn)行直到?jīng)]有再需要交換汁针,也就是說(shuō)該數(shù)列已經(jīng)排序完成术辐。

? ? 這個(gè)算法的名字由來(lái)是因?yàn)樵叫〉脑貢?huì)經(jīng)由交換慢慢“浮”到數(shù)列的頂端,故名“冒泡排序”施无。

步奏:

(1)有一數(shù)組辉词,n個(gè)元素,從n=0位和n=1位相鄰元素開始進(jìn)行比較猾骡,如果第一個(gè)比第二個(gè)大瑞躺,就交換他們兩個(gè),反之不做操作兴想;

(2)對(duì)相鄰的元素做(1)中相同操作幢哨。直到最后一對(duì)相鄰元素比較結(jié)束,留在數(shù)組的最后一個(gè)元素為最大數(shù)嫂便;

(3)對(duì)除最后一位元素外重復(fù)以上的步驟嘱么,直到?jīng)]有任何一對(duì)數(shù)字需要比較,即排序結(jié)束。

時(shí)間復(fù)雜度:

(1)如果數(shù)組的原始狀態(tài)就是有小到大排序的曼振,使用冒泡算法只需要進(jìn)行一趟排序即可几迄,時(shí)間復(fù)雜度為O(n);

(2)如果數(shù)組的原始狀態(tài)就是有大到小排序的冰评,使用冒泡算法需要進(jìn)行n-1趟排序映胁,每趟需要進(jìn)行n-i次比較(1≤i≤n-1),時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)甲雅;

算法的穩(wěn)定性:

? ? 如果在排序過(guò)程中解孙,遇到相鄰的兩個(gè)相同元素則不需要進(jìn)行位置操作;如果兩個(gè)相等的元素沒(méi)有相鄰抛人,那么即使通過(guò)前面的兩兩交換把兩個(gè)相鄰起來(lái)弛姜,這時(shí)候也不會(huì)交換,所以相同元素的前后順序并沒(méi)有改變妖枚,所以冒泡排序是一種穩(wěn)定排序算法廷臼。

2.快速排序算法

? ? 快速排序由C. A. R. Hoare在1962年提出。它的基本思想是:通過(guò)一趟排序?qū)⒁判虻臄?shù)據(jù)分割成獨(dú)立的兩部分绝页,其中一部分的所有數(shù)據(jù)都比另外一部分的所有數(shù)據(jù)都要小荠商,然后再按此方法對(duì)這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)分別進(jìn)行快速排序,整個(gè)排序過(guò)程可以遞歸進(jìn)行续誉,以此達(dá)到整個(gè)數(shù)據(jù)變成有序序列莱没。

步奏:

(1)設(shè)置兩個(gè)變量i、j酷鸦,排序開始的時(shí)候:i=0饰躲,j=N-1;

(2)以第一個(gè)數(shù)組元素作為關(guān)鍵數(shù)據(jù)臼隔,賦值給key属铁,即key=A[0];

(3)從j開始向前搜索躬翁,即由后開始向前搜索(j--)焦蘑,找到第一個(gè)小于key的值A(chǔ)[j],將A[j]和A[i]互換盒发;

(4)從i開始向后搜索例嘱,即由前開始向后搜索(i++),找到第一個(gè)大于key的A[i]宁舰,將A[i]和A[j]互換拼卵;

(5)重復(fù)第3、4步蛮艰,直到i=j腋腮;(3,4步中,沒(méi)找到符合條件的值,即3中A[j]不小于key,4中A[i]不大于key的時(shí)候改變j即寡、i的值徊哑,使得j=j-1,i=i+1聪富,直至找到為止莺丑。找到符合條件的值,進(jìn)行交換的時(shí)候i墩蔓,j指針位置不變梢莽。另外,i==j這一過(guò)程一定正好是i+或j-完成的時(shí)候奸披,此時(shí)令循環(huán)結(jié)束)昏名。這個(gè)過(guò)程是一趟快速排序。

(6)第一遍快速排序不會(huì)直接得到最終結(jié)果阵面,只會(huì)把比k大和比k小的數(shù)分到k的兩邊轻局。為了得到最后結(jié)果,需要再次對(duì)兩邊的數(shù)組分別執(zhí)行此步驟膜钓,然后再分解數(shù)組嗽交,直到數(shù)組不能再分解為止(只有一個(gè)數(shù)據(jù))卿嘲,才能得到正確結(jié)果颂斜。

舉例:

有一組元素:14,22拾枣,15沃疮,7,39

(1)設(shè)置兩個(gè)變量i梅肤、j司蔬,排序開始的時(shí)候:i=0,j=4姨蝴;

(2)以第一個(gè)數(shù)組元素作為關(guān)鍵數(shù)據(jù)俊啼,賦值給key,即key=A[0]=14左医;

(3)從j開始向前搜索授帕,即由后開始向前搜索(j--),找到第一個(gè)小于key=14的值A(chǔ)[3]浮梢,將A[3]和A[0]互換得:7跛十,22,15秕硝,14芥映,39;

(4)從i開始向后搜索,即由前開始向后搜索(i++)奈偏,找到第一個(gè)大于key=14的A[1]坞嘀,將A[1]和A[3]互換得:7,14霎苗,15姆吭,22,39唁盏;

(5)重復(fù)第3内狸、4步,直到i=j碰頭厘擂;本例經(jīng)過(guò)一次快速排序即碰頭:7昆淡,14,15刽严,22昂灵,39。

時(shí)間復(fù)雜度:

(1)最壞的情況下舞萄,發(fā)生在每次劃分過(guò)程產(chǎn)生的兩個(gè)區(qū)間分別包含n-1個(gè)元素和1個(gè)元素的時(shí)候眨补,時(shí)間復(fù)雜度是O(n^2);

(2)最好的情況下,如果每次劃分過(guò)程產(chǎn)生的區(qū)間大小都為n/2倒脓,時(shí)間復(fù)雜度是O(nlogn)撑螺;

(3)平均時(shí)間復(fù)雜度是O(nlogn);

算法的穩(wěn)定性:

? ? 在快速排序算法中崎弃,多個(gè)相同的值的相對(duì)位置也許會(huì)在算法結(jié)束時(shí)產(chǎn)生變動(dòng)甘晤,所以快速排序不是一種穩(wěn)定的排序算法。

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