作者說明:郭玉樂 yulekwok@gmail.com
1.冒泡排序(Bubble Sort)
冒泡排序也叫做起泡排序
執(zhí)行流程
1 從頭開始比較每一對相鄰元素接癌,如果第1個(gè)比第2個(gè)大心赶,就交換它們的位置 ? 執(zhí)行完一輪后,最末尾那個(gè)元素就是最大的元素
2 忽略 1 中曾經(jīng)找到的最大元素缺猛,重復(fù)執(zhí)行步驟 1缨叫,直到全部元素有序
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
this.Swap(begin, begin-1)
}
}
}
冒泡排序 – 優(yōu)化1
如果序列已經(jīng)完全有序,可以提前終止冒泡排序,相當(dāng)于提前進(jìn)行終止
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
sorted := true
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
this.Swap(begin, begin-1)
sorted = false
}
}
if sorted{
break
}
}
冒泡排序 – 優(yōu)化2
如果序列尾部已經(jīng)局部有序荔燎,可以記錄最后1次交換的位置耻姥,減少比較次數(shù)
//最壞、平均時(shí)間復(fù)雜度:O(n2) 最好時(shí)間復(fù)雜度:O(n)
//空間復(fù)雜度:O(1)
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
sortedIndex := 1
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
this.Swap(begin, begin-1)
sortedIndex = begin
}
}
end = sortedIndex
}
golang 源碼
package mysort
import (
"fmt"
"time"
)
type Sort struct {
Array []int
CmpCount int64
SwapCount int64
begin int64
FuncType string
}
func (this *Sort) SortArray(array []int) {
this.Array = make([]int, len(array))
copy(this.Array, array)
this.begin = time.Now().UnixNano()
}
func (this *Sort) SortFunc() {
if this.Array == nil || len(this.Array) < 2 {
return
}
}
func (this *Sort) ComWithIndex(i1, i2 int) int {
this.CmpCount++
return this.Array[i1] - this.Array[i2]
}
func (this *Sort) ComWithValue(v1, v2 int) int {
this.CmpCount++
return v1 - v2
}
func (this *Sort) Swap(i1, i2 int) {
this.Array[i2], this.Array[i1] = this.Array[i1], this.Array[i2]
this.SwapCount++
}
func (this *Sort)ToString() {
fmt.Println("排序數(shù)組大小", len(this.Array),"排序方法",this.FuncType,"比較次數(shù)",this.CmpCount,"交換次數(shù)",this.SwapCount,"耗時(shí)",(time.Now().UnixNano() - this.begin)/1e6,"ms")
}
package mysort
type BubbleSort struct {
Sort
}
func (this *BubbleSort) SortArray(array []int) {
this.Sort.SortArray(array)
}
func (this *BubbleSort) SortFunc() {
this.Sort.SortFunc()
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
this.Swap(begin, begin-1)
}
}
}
}
// 設(shè)置一個(gè)bool 的標(biāo)志有咨,判斷是否進(jìn)行過交換
func (this *BubbleSort) SortFunc1() {
this.Sort.SortFunc()
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
sorted := true
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
this.Swap(begin, begin-1)
sorted = false
}
}
if sorted{
break
}
}
}
func (this *BubbleSort) SortFunc2() {
this.Sort.SortFunc()
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
sortedIndex := 1
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
this.Swap(begin, begin-1)
sortedIndex = begin
}
}
end = sortedIndex
}
}
package main
import (
"fmt"
"iktolin.com/mysort"
"iktolin.com/struct/firstStudy/Heap"
"math/rand"
"sync"
"time"
)
func main() {
algorithm()
}
// 算法
func algorithm() {
wg := sync.WaitGroup{}
var array []int
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < 100000; i++ {
x := rand.Intn(10209023)
array = append(array, x)
}
//fmt.Println("排序前",array)
//// 時(shí)間復(fù)雜度 O(n2)
wg.Add(7)
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
bubbleSort := mysort.BubbleSort{}
bubbleSort.SortArray(array)
bubbleSort.SortFunc()
bubbleSort.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
//fmt.Println(array)
// 使用bool 值判斷是否進(jìn)行過排序琐簇,適用于原來就是排好序的
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
bubbleSort1 := mysort.BubbleSort{}
bubbleSort1.SortArray(array)
bubbleSort1.SortFunc1()
bubbleSort1.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
bubbleSort2 := mysort.BubbleSort{}
bubbleSort2.SortArray(array)
bubbleSort2.SortFunc2()
bubbleSort2.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
// 使用bool 值判斷是否進(jìn)行過排序,適用于其中有局部排好序的
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
slect := mysort.SelectionSort{}
slect.SortArray(array)
slect.SortFunc()
slect.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
heap := mysort.HeapSort{}
heap.SortArray(array)
heap.SortFunc()
heap.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
insertion := mysort.InsertionSort{}
insertion.SortArray(array)
insertion.SortFunc()
insertion.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
go func(array []int, w *sync.WaitGroup) {
merge := mysort.MergeSort{}
merge.SortArray(array)
merge.SortFunc()
merge.ToString()
w.Done()
}(array, &wg)
wg.Wait()
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 歸并排序 比較次數(shù) 1536231 交換次數(shù) 0 耗時(shí) 18 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 堆排序 比較次數(shù) 1509851 交換次數(shù) 99999 耗時(shí) 21 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 插入排序 比較次數(shù) 0 交換次數(shù) 0 耗時(shí) 4613 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 選擇排序 比較次數(shù) 4999950000 交換次數(shù) 99999 耗時(shí) 13306 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 冒泡排序 比較次數(shù) 4999418601 交換次數(shù) 2506933128 耗時(shí) 22555 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 冒泡排序 比較次數(shù) 4999950000 交換次數(shù) 2506933128 耗時(shí) 23048 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 冒泡排序 比較次數(shù) 4999880994 交換次數(shù) 2506933128 耗時(shí) 24453 ms
}
2.選擇排序(Selection Sort)
從序列中找出最大的那個(gè)元素,然后與最末尾的元素交換位置 執(zhí)行完一輪后婉商,最末尾的那個(gè)元素就是最大的元素
-
忽略 1 中曾經(jīng)找到的最大元素似忧,重復(fù)執(zhí)行步驟 1
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- { max := 0 for begin := 1; begin <= end; begin++ { if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 { max = begin } } this.Swap(max, end) }
//選擇排序的交換次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于冒泡排序,平均性能優(yōu)于冒泡排序
//最好丈秩、最壞盯捌、平均時(shí)間復(fù)雜度:O(n2),空間復(fù)雜度:O(1)蘑秽,屬于不穩(wěn)定排序
src
package mysort
type SelectionSort struct {
Sort
}
//1 從序列中找出最大的那個(gè)元素饺著,然后與最末尾的元素交換位置 執(zhí)行完一輪后,最末尾的那個(gè)元素就是最大的元素
//2 忽略 1 中曾經(jīng)找到的最大元素肠牲,重復(fù)執(zhí)行步驟 1
//選擇排序的交換次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于冒泡排序幼衰,平均性能優(yōu)于冒泡排序
//最好、最壞埂材、平均時(shí)間復(fù)雜度:O(n2)塑顺,空間復(fù)雜度:O(1),屬于不穩(wěn)定排序
func (this *SelectionSort) SortFunc() {
this.Sort.SortFunc()
for end := len(this.Array) - 1; end > 0; end-- {
max := 0
for begin := 1; begin <= end; begin++ {
if this.ComWithIndex(begin, begin-1) < 0 {
max = begin
}
}
this.Swap(max, end)
}
}
package main
import (
"fmt"
"iktolin.com/mysort"
"math/rand"
"time"
)
func main() {
var array []int
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
for i := 0; i < 40; i++ {
x := rand.Intn(100)
array = append(array, x)
}
fmt.Println("排序前",array)
// 時(shí)間復(fù)雜度 O(n2)
bubbleSort := mysort.BubbleSort{}
bubbleSort.SortArray(array)
bubbleSort.SortFunc()
bubbleSort.ToString()
//fmt.Println(array)
// 使用bool 值判斷是否進(jìn)行過排序俏险,適用于原來就是排好序的
bubbleSort1 := mysort.BubbleSort{}
bubbleSort1.SortArray(array)
bubbleSort1.SortFunc1()
bubbleSort1.ToString()
// 使用bool 值判斷是否進(jìn)行過排序,適用于其中有局部排好序的
bubbleSort2 := mysort.BubbleSort{}
bubbleSort2.SortArray(array)
bubbleSort2.SortFunc2()
bubbleSort2.ToString()
slect :=mysort.SelectionSort{}
slect.SortArray(array)
slect.SortFunc()
slect.ToString()
}
//排序前 [68 23 47 62 33 4 97 49 46 20 25 24 77 88 66 16 6 44 98 11 70 68 30 5 29 46 12 96 31 27 60 24 76 21 19 44 94 46 82 77]
//排序比較次數(shù) 780 排序交換次數(shù) 369
//排序比較次數(shù) 725 排序交換次數(shù) 369
//排序比較次數(shù) 643 排序交換次數(shù) 369
//排序比較次數(shù) 780 排序交換次數(shù) 39
3.選擇排序的優(yōu)化方案(堆排序)
package mysort
type HeapSort struct {
Sort
size int
}
// 對數(shù)據(jù)進(jìn)行原地建堆
//將建立好的堆的root最后的位置交換位置扬绪,然后將size -- 然后將0號位置進(jìn)行下濾操作
//siftdown 直到堆的值為1
// 選最值使用堆來操作
// 第一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)是size 的一半 所以第一個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn) 是 (size >> 1) -1
func (this *HeapSort) SortFunc() {
this.size = len(this.Array)
for i := (this.size >> 1) - 1; i >= 0; i-- {
this.siftDown(i)
}
for this.size > 1 {
this.Swap(0, this.size-1)
this.size--
this.siftDown(0)
}
}
func (this *HeapSort) siftDown(index int) {
v := this.Array[index]
half := (this.size >> 1)
// 1.找其左右子節(jié)點(diǎn) 找到最大的子節(jié)點(diǎn)開始交換數(shù)值
for index < half {
// 1.index 只有左節(jié)點(diǎn)
// index 有左右子節(jié)點(diǎn)
//默認(rèn)和左邊進(jìn)行比較
childIndex := (index << 1) + 1
childValue := this.Array[childIndex]
rightIndex := childIndex + 1
if rightIndex < this.size && this.Array[rightIndex] > childValue {
childIndex = rightIndex
childValue = this.Array[childIndex]
}
if v >= childValue {
break
}
this.Array[index] = childValue
index = childIndex
}
this.Array[index] = v
// 在99999 比較情況下 選擇排序和堆排序
//排序結(jié)果 無 排序比較次數(shù) 4999950000 排序交換次數(shù) 99999 耗時(shí) 10019693000
//排序結(jié)果 無 排序比較次數(shù) 0 排序交換次數(shù) 99999 耗時(shí) 12014000
}
4.二分搜索
前提是要有序的數(shù)組
package mysort
type Binarysearch struct {
Data []int
}
// 前提數(shù)組是要有序的
//查找v在有序數(shù)組array中的位置
func (this *Binarysearch) IndexOf(v int) (index int) {
if this.Data == nil || len(this.Data) == 0 {
return -1
}
begin := 0
end := len(this.Data)
for begin < end {
mid := (begin + end) >> 1
if this.Data[mid] > v {
end = mid
} else if this.Data[mid] < v {
begin = mid + 1
} else {
index = mid
return
}
}
return -1
}
//查找v在有序數(shù)組array中待插入位置
func (this *Binarysearch) Find(v int) (index int) {
if this.Data == nil || len(this.Data) == 0 {
return -1
}
begin := 0
end := len(this.Data)
for begin < end {
mid := (begin + end) >> 1
if this.Data[mid] > v {
end = mid
} else if this.Data[mid] < v {
begin = mid + 1
}
}
return begin
}
5.插入排序
package mysort
type InsertionSort struct {
Sort
Binarysearch
}
//插入排序(Insertion Sort)
//插入排序非常類似于撲克牌的排序
//執(zhí)行流程
//1 在執(zhí)行過程中竖独,插入排序會(huì)將序列分為2部分
//頭部是已經(jīng)排好序的,尾部是待排序的
//2 從頭開始掃描每一個(gè)元素
//每當(dāng)掃描到一個(gè)元素挤牛,就將它插入到頭部合適的位置莹痢,使得頭部數(shù)據(jù)依然保持有序
func (this *InsertionSort) SortFunc() {
this.SortFunc2()
}
//
func (this *InsertionSort) SortFunc0() {
for begin := 1; begin < len(this.Array); begin++ {
// 找合適的位置然后將數(shù)放進(jìn)去
current := begin
for current > 0 {
if this.ComWithIndex(current,current -1) < 0 {
this.Swap(current,current-1)
}
current --
}
}
}
// 優(yōu)化 將交換改為挪動(dòng)
// 先將代插入的元素備份,然后挪動(dòng)比其大的元素
// 將待插入的元素放到這個(gè)位置
func (this *InsertionSort) SortFunc1() {
for begin := 1; begin < len(this.Array); begin++ {
// 找合適的位置然后將數(shù)放進(jìn)去
current := begin
beginV := this.Array[begin]
for current > 0 && this.ComWithValue(beginV,this.Array[current -1])< 0{
this.Array[current]=this.Array[current -1]
current --
}
this.Array[current] = beginV
}
}
// 使用二分查找
func (this *InsertionSort) SortFunc2() {
for begin := 1; begin < len(this.Array); begin++ {
// 找合適的位置然后將數(shù)放進(jìn)去
beginV := this.Array[begin]
this.Data = this.Array
index := this.Find(begin)
for i := begin; i > index ; i-- {
this.Array[i]=this.Array[i -1]
}
this.Array[index] = beginV
}
}
6.歸并排序
執(zhí)行流程
- 不斷地將當(dāng)前序列平均分割成2個(gè)子序列 (分割)
直到不能再分割(序列中只剩1個(gè)元素) - 不斷地將2個(gè)子序列合并成一個(gè)有序序列 (合并)
直到最終只剩下1個(gè)有序序列
package mysort
type MergeSort struct {
leftArray []int
Sort
}
func (this *MergeSort) SortFunc() {
this.leftArray = make([]int, len(this.Array)>>1)
this.sort(0, len(this.Array))
}
// [begin,end)
func (this *MergeSort) sort(begin, end int) {
if end-begin < 2 {
return
}
mid := (begin + end) >> 1
this.sort(begin, mid)
this.sort(mid, end)
this.merge(begin, mid, end)
}
// 將 【begin mid) 和 [mid end)
func (this *MergeSort) merge(begin, mid, end int) {
li, le := 0, mid-begin
ri, re := mid, end
ai := begin
// 備份左邊數(shù)組 將 [begin,mid) 備份出來
for i := li; i < le; i++ {
this.leftArray[i] = this.Array[begin+i]
}
//如果左邊還沒有結(jié)束墓赴,如果右邊結(jié)束的話竞膳,那么就不用管任何事情了
for li < le {
if ri < re && this.ComWithValue(this.Array[ri], this.leftArray[li]) < 0 {
this.Array[ai] = this.Array[ri]
ai++
ri++
} else {
this.Array[ai] = this.leftArray[li]
ai++
li++
}
}
}
//排序數(shù)組大小 1000000 排序方法 堆排序 排序比較次數(shù) 18388630 排序交換次數(shù) 999999 耗時(shí) 191247000
//排序數(shù)組大小 1000000 排序方法 歸并排序 排序比較次數(shù) 18670630 排序交換次數(shù) 0 耗時(shí) 135949000
總結(jié)時(shí)間耗時(shí)
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 歸并排序 比較次數(shù) 1536231 交換次數(shù) 0 耗時(shí) 18 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 堆排序 比較次數(shù) 1509851 交換次數(shù) 99999 耗時(shí) 21 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 插入排序 比較次數(shù) 0 交換次數(shù) 0 耗時(shí) 4613 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 選擇排序 比較次數(shù) 4999950000 交換次數(shù) 99999 耗時(shí) 13306 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 冒泡排序 比較次數(shù) 4999418601 交換次數(shù) 2506933128 耗時(shí) 22555 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 冒泡排序 比較次數(shù) 4999950000 交換次數(shù) 2506933128 耗時(shí) 23048 ms
//排序數(shù)組大小 100000 排序方法 冒泡排序 比較次數(shù) 4999880994 交換次數(shù) 2506933128 耗時(shí) 24453 ms