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数据结构(8):排序

2024/10/25 10:23:22 来源:https://blog.csdn.net/qq_64279967/article/details/140887398  浏览:    关键词:数据结构(8):排序

1 排序的基本概念

稳定性!!!

分类[内部、外部]

机械硬盘的读取是很慢的!!!

总结

2 内部排序

2.1 插入排序

前面时 保存好的 是排好序的哦 一个一个检查!然后放到改在的位置

只有小的时候换,等于的时候不换,这样可以保证算法的稳定性

代码实现:

代码实现(哨兵)【no没上一个清晰】

哨兵用于存储 要挪的元素!相当于上一个算法里的temp

两个算法复杂度和稳定性:

时间复杂度:

优化-折半插入序列:

一般数字:

相同的数字

low>heigh 是停止折半查找!

这个时候low右边的都大于插入值!A[0]复制到low所在的位置!

当A[mid]的值等于要插入的值的时候不要停止!应该再右边继续查找

代码实现:

时间复杂度:

对链表进行插入排序

好就好在 移动元素的次数变少了,因为在这里是指针 只需要动指针就可以了

但是时间复杂度还是那样!

总结

2.2 希尔排序

这样的话 插入排序的效率就会高一点!

总结:

常考:

算法实现【交替】:

在第二趟的时候,一个子表里有好几个元素,算法实现的时候不是一个一个子表单独排序的而是交替进行的!!!

主要是++i这句哦!!!i 指针一次只加1

复杂度

稳定性:

不适用于链表的实现!

总结:【代码不太考!】

2.3 交换排序

2.3.1 冒泡排序

每一趟都会使最小的数冒在前面!

相同的话不冒 保证算法的稳定性

算法实现

算法性能:

冒泡在链表里

总结:

没有发生交换,算法就结束!!!!flag变量!!

2.3.2 快速排序

不断地划分!

算法过程

根low指向的元素49比,49现在就是基准或者说是枢轴!

low 和high向中间移动!

此时low是空的 所以high向左移动!

这是小了就换!这是high空了

所以low向右移动 这个过程一直持续到 low=high时,把49放进去然后结束!

第一次结束之后49一定在正确的位置,所以对左右两个子表递归的调用 !

不断地划分  最后  ok啦

代码:

递归调用栈:理解的时候注意标上#表示第几行 和传入的参数是多少!

算法效率:

空间复杂度:

组织成二叉树 就可以知道递归调用的层数!!!!

最好最坏时间、空间复杂度:

最坏的情况:

优化:

完全有序和逆序的时候 效率最差!!!

稳定性:

一次划分 指的是对连续表的快速排序

一趟排序 指的是一层quicksort 即从第一层到第二层这样!

一次划分可以确定一个元素的位置,一趟排序也许可以确定多个元素的位置!

2.4 选择排序

2.4.1 简单选择排序

找到最小的放在头部的位置:

代码实现:

复杂度:

稳定性:

总结:

时间复杂度不会因为所给序列特点不同而出现不同的时间复杂度!

对于n个序列就要进行n-1次对比

2.4.2 堆排序!!

二叉树的顺序存储

堆定义:

堆排序时选择排序的一种

所以排序时 也是在每一趟的待排序元素中选取关键字最小(或最大)的元素加入有序子序列!

堆顶的元素时最大的 所以一切都变得很简单了

建立大根堆:

只检查所有的非终端结点【即不检查叶子节点!】

方法:

可以直接通过下标 找到孩子的坐标!!! 小元素不断下坠!!!

从n/2向下取整 到1 反向找!

代码实现:

基于大根堆排序:

然后9 进行下坠:

然后回复成大根堆了:

第二趟:

最后一个元素进行互换,最后一个元素就是顺序表中的最后一个!

交换--下坠 重复--直到排好

而基于“小根堆”的时“递减序列”!

代码实现:

算法效率
建立初始堆:

!!!!!!!!建堆的过程,关键词对比的次数不超过4n,建堆的时间复杂度就是o(4n)

排序的算法效率

总的时间复杂度:

稳定性:

优先换左孩子!

不稳定例子:

不稳定!!!!!!!!

排序总结:

排序练习:

在堆中插入新元素:

插入表尾,和父节点 (n/2向下取整) 进行对比 下的话就上升一直这样直到不能上升为止!

在堆中删除一个元素

用最后一个元素代替删除的元素 然后进行下坠的操作!

直到不能下坠为止!

下下坠时 如果子节点有两个的话 要对比两次选出最!

堆插入删除总结

2.5 归并排序

两个有序的序列合并起来!

“n路”归并【对比关键字n-1次】

手算模拟

代码实现

用一个辅助数组B

辅助数组复制所有的要排序的数 过去!i j指针比较小的上去 同时++ k也++

最后两行

也是递归算法!

算法效率分析

最好最坏和平均的时间复杂度都是o(nlogn)

空间复杂度:

递归的空间复杂度呢? 递归的空间复杂度是:o(logn)

稳定性:稳定!

总结

2.6 基数排序

第一趟:

按照个位递减的序列!

第二趟:

收集:

第三趟:

收集:

基数排序过程:【不是基于比较的算法,比较特别!】

算法效率分析

空间复杂度:

新增一个队列只是新增了一个指针域 空间复杂度是O(1)

时间复杂度:

稳定性:稳定!

基数排序的应用:

按照权重递增的顺序 进行拆分!

每一个关键字位数目不一定相同!!!1

擅长解决的问题:

总结:

链式存储:

3 外部排序

3.1 外部排序的基本概念

外存和内存之间的数据交换

是以块为单位进行排序的

外部排序的原理:

3块缓冲区!

1、构造初始“归并段”

读进去之后进行内部排序后得到!:

把输入1换到输出1

输入2 同理 

重复:得到归并段:

2、第一趟归并“归并段”

两个归并段的第一个字段 放到输入缓冲区 进行归并排序

放到输出缓冲区 满了就写磁盘 输入缓冲区1空的话就紧接着读归并段1 2空的话读2的   别乱着读1!!!

类似的对3、4  5、6  7、8 进行排序

经过第一趟8变4!

3、第二趟

一样的!!!

空了之后立即放入对应的归并段!

归并之后会写入外存的另一个空间中!!!不会在原地方!!

3 第三趟

时间开销分析

2的三次方等于(16/2) 所以需要对比 3次至少!!

优化1:减少归并的趟数【多路归并】

多路归并:

2 的平方 等于 (16/4) 所以需要两趟!!!!

多路归并的问题

优化2:减少初始归并段的数量!

则就能在原点相遇!

外部排序总结:

这里初始归并段完全取决于内存工作区有多大!

多路平衡归并

图和定义不一致:

所以K路平衡归并的定义如下:

因此上面这个例子是 四路归并排序 但不是4路平衡归并排序!

3.2 败者树【解决多路归并时间开销大】

败者树定义

败者树可以看作是 完全二叉树

败者树的使用:

派大星从他那一路打上去就可以,因为右边的谁强谁弱已经知道了

败者树在多路平衡归并中的应用:

多路平衡归并:

本来找到最小的需要进行7次对比!现在用每一个归并段的第一个形成一个败者树!

找到最小值!

记录编号即可,不用记住是谁!

1 是在归并段3里的,所以用归并段3的下一个元素从底部替代原来的,然后再进行对比!

第一趟构造败者树时,需要对比N-1次!!!

只要构成了败者树,下一次的关键词对比 只需要比败者树 分支层有多少层!高度的次数就可以!这样就大大的减少了!!!

1024路 本来每一次都需要1023次对比 用败者树10次就好!!!!

代码:【no考】

所以ls[0]对应的就是冠军!!!!

总结:

3.3 置换选择排序

初始归并段极可能的小

开始的方法:

在磁盘中那两个放入缓冲区! 然后归并排序后放回磁盘! 一共6个记录 行程里一个归并段!

如果想要归并段更长 可以让内存中多几个缓存区 同时归并好几个字段!

也就是说以前的方法说明:得到的初始归并段的数量是直接由 内存工作区WA的容量决定的!!!

怎末构造一个比内存工作区更大的归并段呢?--置换排序!!!

置换选择排序

1、读入找到最小【比之前大】拿出去 再读入

递增的话找个最小的让他出去!

记录出去的值的大小在minimax里,在读入一个新的

再找到最小的是6 而且6比minimax大 让6出去 并且把minimax的值改为6

重复。。。。

2、不符合条件了

除了10就是14最小比minimax的值大 把14拿出去!

重复。。。

直到。。

3、不符合的站买了 第一个归并段结束 解冻不符合 重复12找到第二个归并段!

归并段少--归并操作时的读写次数也就少了!

输入输出的时候不是像演示一样 一个一个读和写的 是有缓冲区的 也就是说一次读入一堆!

总结:

3.4 最佳归并树【K叉哈夫曼树!】

上面的置换选择排序的得到的初始归并段的长度不一 因此我们需要这个算法就是为了找到一个最好的方式 使得归并的时候读写磁盘的次数最少!

带权路径长度!:可以看树里的哈夫曼树

所以!!!!

因此按照构造哈夫曼树的方法构造最佳归并树即可!

多路归并时:

选出最小的合并一样的和哈夫曼树

如果减少一个归并段【减少30】【坑!!!】

这是不对的因为 最后一次归并不是三个是两个!!!!!

添加几个虚段!!

度为0的是叶子节点 相当于叶子节点

k*n_k表示的是分叉的叉的数量 

方法:

小练习:

总结:

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