数据结构和算法(七)

it2024-11-11  5

排序算法

1 直接插入排序(稳定的排序) 我们经常会到这样一类排序问题:把新的数据插入到已经排好的数据列中。将第一个数和第二个数排序,然后构成一个有序序列将第三个数插入进去,构成一个新的有序序列。对第四个数、第五个数……直到最后一个数,重复第二步。 如题所示:

代码实现原理: 首先设定插入次数,即循环次数,for(int i=1;i<length;i++),1个数的那次不用插入。 设定插入数和得到已经排好序列的最后一个数的位数。insertNum和j=i-1。 从最后一个数开始向前循环,如果插入数小于当前数,就将当前数向后移动一位。 将当前数放置到空着的位置,即j+1。

public static void insterto() { int > a[]={2,38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,4, > 62,99,98,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51}; > int temp=0; > for(int i=1;i<a.length;i++){ > temp=a[i]; > int j=i-1; > for(;j>=0&&temp<a[j];j--){ > a[j+1]=a[j]; //将大于temp的值整体后移一个单位 > } > a[j+1]=temp; > } > for(int i=0;i<a.length;i++) { > System.out.print(a[i]+"\t"); } > }

2 希尔排序(非稳定排序算法) 针对直接插入排序的下效率问题,有人对次进行了改进与升级,这就是现在的希尔排序。希尔排序,也称递减增量排序算法,是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的: 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时, 效率高, 即可以达到线性排序的效率 但插入排序一般来说是低效的, 因为插入排序每次只能将数据移动一位

如图所示:

对于直接插入排序问题,数据量巨大时。 将数的个数设为n,取奇数k=n/2,将下标差值为k的数分为一组,构成有序序列。 再取k=k/2 ,将下标差值为k的书分为一组,构成有序序列。 重复第二步,直到k=1执行简单插入排序。

代码实现的思路: 首先确定分的组数。 然后对组中元素进行插入排序。 然后将length/2,重复1,2步,直到length=0为止。

3 简单选择排序(稳定)

常用于取序列中最大最小的几个数时。 (如果每次比较都交换,那么就是交换排序;如果每次比较完一个循环再交换,就是简单选择排序。) 遍历整个序列,将最小的数放在最前面。 遍历剩下的序列,将最小的数放在最前面。 重复第二步,直到只剩下一个数。

代码实现原理: 首先确定循环次数,并且记住当前数字和当前位置。 将当前位置后面所有的数与当前数字进行对比,小数赋值给key,并记住小数的位置。 比对完成后,将最小的值与第一个数的值交换。 重复2、3步。

4 堆排序(不稳定) 对简单选择排序的优化。 将序列构建成大顶堆。 将根节点与最后一个节点交换,然后断开最后一个节点。 重复第一、二步,直到所有节点断开。 交换堆顶的元素和最后一个元素,此时最后一个位置作为有序区(有序区显示为黄色),然后进行其他无序区的堆调整,重新得到大顶堆后,交换堆顶和倒数第二个元素的位置……

重复此过程:

最后,有序扩展完成即排序完成:

5 冒泡排序(稳定)

将序列中所有元素两两比较,将最大的放在最后面。 将剩余序列中所有元素两两比较,将最大的放在最后面。 重复第二步,直到只剩下一个数。

代码实现: 设置循环次数。 设置开始比较的位数,和结束的位数。 两两比较,将最小的放到前面去。 重复2、3步,直到循环次数完毕。

public static void bubble(){ int a[]={2,38,65,97,76,13,27,49,78,34,12,64,5,4, 62,99,98,54,56,17,18,23,34,15,35,25,53,51}; int len=a.length; for(int i=0;i<len;i++){ for(int j=0;j<len-i-1;j++){//注意第二重循环的条件 if(a[j]>a[j+1]){ int temp=a[j]; a[j]=a[j+1]; a[j+1]=temp; } } } for (int i = 0; i < a.length; i++) { System.out.print(a[i]+" "); } }

6 快速排序(不稳定) 要求时间最快时。 选择第一个数为p,小于p的数放在左边,大于p的数放在右边。 递归的将p左边和右边的数都按照第一步进行,直到不能递归。

7 归并排序(稳定)

速度仅次于快速排序,内存少的时候使用,可以进行并行计算的时候使用。 选择相邻两个数组成一个有序序列。 选择相邻的两个有序序列组成一个有序序列。 重复第二步,直到全部组成一个有序序列。

8 基数排序(稳定) 用于大量数,很长的数进行排序时。 将所有的数的个位数取出,按照个位数进行排序,构成一个序列。 将新构成的所有的数的十位数取出,按照十位数进行排序,构成一个序列。 通过基数排序对数组{53, 3, 542, 748, 14, 214, 154, 63, 616},它的示意图如下:

9总结

一、稳定性:   稳定:冒泡排序、插入排序、归并排序和基数排序   不稳定:选择排序、快速排序、希尔排序、堆排序 二、平均时间复杂度   O(n^2):直接插入排序,简单选择排序,冒泡排序。   在数据规模较小时(9W内),直接插入排序,简单选择排序差不多。当数据较大时,冒泡排序算法的时间代价最高。性能为O(n^2)的算法基本上是相邻元素进行比较,基本上都是稳定的。   O(nlogn):快速排序,归并排序,希尔排序,堆排序。   其中,快排是最好的, 其次是归并和希尔,堆排序在数据量很大时效果明显。 三、排序算法的选择   1.数据规模较小   (1)待排序列基本序的情况下,可以选择直接插入排序;   (2)对稳定性不作要求宜用简单选择排序,对稳定性有要求宜用插入或冒泡   2.数据规模不是很大   (1)完全可以用内存空间,序列杂乱无序,对稳定性没有要求,快速排序,此时要付出log(N)的额外空间。   (2)序列本身可能有序,对稳定性有要求,空间允许下,宜用归并排序   3.数据规模很大   (1)对稳定性有求,则可考虑归并排序。   (2)对稳定性没要求,宜用堆排序   4.序列初始基本有序(正序),宜用直接插入,冒泡

各算法复杂度如下:

10查找算法 10.1顺序查找

在一有序的或者无序的数列里面,找出与给定的关键词一样的数。原理是让关键字与队列中的数从第一个开始逐个比较,直到找出与给定关键字相同的数为止。

10.2 顺序查找的优缺点

优点:代码简单易懂 缺点:当数据量大的时候,查找效率极为低下,所以该算法适合小量数据。

10.3 二分查找

1.必须采用顺序存储结构 2.必须按关键字大小有序排列。把数列分成两半进行查找,它的基本思想是,将n个元素分成个数大致相同的两半,取a[n/2]与欲查找的x作比较,如果x=a[n/2]则找到x,算法终止。如果x<a[n/2],则我们只要在数组a的左半部继续搜索x(这里假设数组元素呈升序排列)。如果x>a[n/2],则我们只要在数组a的右半部继续搜索x。

10.4 二分查找优缺点

优点是比较次数少,查找速度快,平均性能好; 其缺点是要求待查表为有序表,且插入删除困难。 因此,折半查找方法适用于不经常变动而查找频繁的有序列表。 使用条件:查找序列是顺序结构,有序。

Arrays这个类里边的查找的方法就是二分查找; Arrays中的排序使用的是调优的快速排序。

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