各種排序算法的時間復雜度和空間復雜度


 

 

 

其中冒泡排序加個標志,所以最好情況下是o(n)

 直接選擇排序:

排序過程:

     1 、首先在所有數據中經過 n-1次比較選出最小的數,把它與第 1個數據交換,

       2、然后在其余的數據內選出排序碼最小的數,與第 2個數據交換...... 依次類推,直到所有數據排完為止。

         在第i 趟排序中選出最小關鍵字的數據,需要做 n-i次比較。

//冒泡排序,大的數不斷向后冒泡
void buddle(vector<int>& nums)
{
    int len=nums.size();
    for(int i=0;i<len-1;i++)
    {
        for(int j=0;j<len-1-i;j++)
        {
            if(nums[j]>nums[j+1])
                swap(nums[j],nums[j+1]);
        }
    }
    
}

  

線性排序算法

計數排序

假設:有n個數的集合,而且n個數的范圍都在0~k(k = O(n))之間。

運行時間:Θ(n+k)

image

待排序數組A如圖2.1所示,需要輔助數組B(存儲最后排序結果),數組C(存儲元素的個數)。基於上述的假設,數組C的大小為k,C[i]表示數組A中元素i(0 <= i < k)的個數(如圖2.2所示),為了保證計數排序的穩定性,數組C變化為圖2.3,C[i]表示小於或者等於i的個數。代碼如下:

   1: /*
   2:     輸入:待排序數組A,存儲排序后的數組B,數組A的大小,數組C的大小
   3:     功能:計數排序
   4: */
   5: void CountingSort(int A[], int B[], int len, int k)
   6: {
   7:     int *CountArr = new int[k];
   8:     int i;
   9:     for (i = 0; i < k; i++)
  10:     {
  11:         CountArr[i] = 0;
  12:     }
  13:  
  14:     for (i = 0; i < len; i++)
  15:     {
  16:         CountArr[A[i]]++;                
  17:     }
  18:  
  19:     for (i = 1; i < k; i++)
  20:     {
  21:         CountArr[i] += CountArr[i-1];
  22:     }
  23:  
  24:     // 從右至左保證算法的穩定性
  25:     for (i = len-1; i >=0; i--)
  26:     {
  27:         B[CountArr[A[i]]-1] = A[i];
  28:         CountArr[A[i]]--;
  29:     }
  30: }

9-12行和19-22行的運行時間Θ(k),14-17行和25-29行的運行時間為Θ(n),所以總的運行時間為Θ(2(n+k)) = Θ(n+k)。

基數排序

基數排序:將所有待比較數值(正整數)統一為同樣的數位長度,數位較短的數前面補零。然后,從最低位開始,依次進行一次排序。這樣從最低位排序一直到最高位排序完成以后, 數列就變成一個有序序列。

基數排序分為兩種LSD和MSD。

LSD(Least significant digital):最低有效位優先,即從右向左開始排序。

MSD(Most significant digital):最高有效位優先,即從左往右開始排序。

以下是LSD方式的基數排序的偽代碼

   1: RadixSort(A,d)
   2:     for i <- 1 to d
   3:         用穩定的排序算法排列數組A中元素的第i位

image

如圖3:先牌個位,然后十位,最后百位。為數組的某一位排序的時候一定需要穩定的算法。

運行時間為Θ(d(n+k))。在基數排序中排列數組各位的算法是計數排序所以運行時間為Θ(n+k),又d是數組中數的最大位數。

 

桶排序

桶排序:將數組分到有限個桶子內,然后再對桶子里面的序列進行排序,運行時間Θ(n)。桶排序基於一個假設:輸入的數據由隨機過程構成,否則在最壞情況下都分配到一個桶子里面,如果又不滿足計數排序的假設要求,那么只能使用基於比較的排序算法進行排序,運行時間就退化到Ω(nlogn)。

排序算法穩定性

排序算法穩定性:假設待排序序列中有兩個元素相等,而且在排序前和排序后兩個相等的元素的相對位置不變,即有 a = b,排序前a在b前面,那么排序后,a還是要在b前面。排序算法的穩定性是要看具體的算法實現,比如一般情況下,直接選擇排序,快速排序,希爾排序,堆排序都不是穩定排序算法,基數排序,計數排序,歸並排序,插入排序,冒泡排序都是穩定排序算法。

快速排序:A = {2, 2, 1},排序后A = {1,2,2}。

希爾排序:A = {1,2,5,4,4,7},排序后(k = 2);A = {1, 2, 4, 4, 5, 7} 。

堆排序:A = {2,2,1},排序后A = {1,2, 2}。

直接選擇排序: A = {4, 4, 2, 5},排序后 A = {2,4, 4, 5}。

以上舉例都不滿足穩定性。

 

 
 

 


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