第7章 算法

排序算法的稳定性

稳定性:稳定排序算法会让原本有相等键值的纪录维持相对次序。也就是如果一个排序算法是稳定的,当有两个相等键值的纪录R和S,且在原本的列表中R出现在S之前,在排序过的列表中R也将会是在S之前。

当相等的元素是无法分辨的,比如像是整数,稳定性并不是一个问题。然而,假设以下的数对将要以他们的第一个数字来排序。

(4, 1)  (3, 1)  (3, 7)(5, 6)

在这个状况下,有可能产生两种不同的结果,一个是让相等键值的纪录维持相对的次序,而另外一个则没有:

(3, 1)  (3, 7)  (4, 1)  (5, 6)  (维持次序)

(3, 7)  (3, 1)  (4, 1)  (5, 6)  (次序被改变)

不稳定排序算法可能会在相等的键值中改变纪录的相对次序,但是稳定排序算法从来不会如此。不稳定排序算法可以被特别地实现为稳定。作这件事情的一个方式是人工扩充键值的比较,如此在其他方面相同键值的两个对象间之比较,(比如上面的比较中加入第二个标准:第二个键值的大小)就会被决定使用在原先数据次序中的条目,当作一个同分决赛。然而,要记住这种次序通常牵涉到额外的空间负担。

冒泡排序的分析

交换过程图示(第一次):

时间复杂度

最优时间复杂度:O(n) (表示遍历一次发现没有任何可以交换的元素,排序结束。)

最坏时间复杂度:O(n2)

稳定性:稳定

选择排序

记录最小值  循环后把最小值放在最前面  如此往复

时间复杂度

最优时间复杂度:O(n2)

最坏时间复杂度:O(n2)

稳定性:不稳定(考虑升序每次选择最大的情况)

插入排序

同一序列,光标向后读取,读过的作为有序,未读作为无序,光标读到那个,就想读到的插入前面的队列。

时间复杂度

最优时间复杂度:O(n) (升序排列,序列已经处于升序状态)

最坏时间复杂度:O(n2)

稳定性:稳定

快速排序

步骤为:

从数列中挑出一个元素,称为"基准"(pivot),

重新排序数列,所有元素比基准值小的摆放在基准前面,所有元素比基准值大的摆在基准的后面(相同的数可以到任一边)。在这个分区结束之后,该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区(partition)操作。

递归地(recursive)把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。递归的最底部情形,是数列的大小是零或一,也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递归下去,但是这个算法总会结束,因为在每次的迭代(iteration)中,它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。


时间复杂度

最优时间复杂度:O(nlogn)

最坏时间复杂度:O(n2)

稳定性:不稳定

希尔排序

时间复杂度

最优时间复杂度:根据步长序列的不同而不同

最坏时间复杂度:O(n2)

稳定想:不稳定

归并排序

归并排序是采用分治法的一个非常典型的应用。归并排序的思想就是先递归分解数组,再合并数组。

将数组分解最小之后,然后合并两个有序数组,基本思路是比较两个数组的最前面的数,谁小就先取谁,取了后相应的指针就往后移一位。然后再比较,直至一个数组为空,最后把另一个数组的剩余部分复制过来即可。

时间复杂度

最优时间复杂度:O(nlogn)

最坏时间复杂度:O(nlogn)

稳定性:稳定

常见排序算法效率比较

搜索

推荐用二分法查找

分为递归调用和非递归调用

时间复杂度

最优时间复杂度:O(1)

最坏时间复杂度:O(logn)

树的术语

节点的度:一个节点含有的子树的个数称为该节点的度;

树的度:一棵树中,最大的节点的度称为树的度;

叶节点终端节点:度为零的节点;

父亲节点父节点:若一个节点含有子节点,则这个节点称为其子节点的父节点;

孩子节点或子节点:一个节点含有的子树的根节点称为该节点的子节点;

兄弟节点:具有相同父节点的节点互称为兄弟节点;

节点的层次:从根开始定义起,根为第1层,根的子节点为第2层,以此类推;

树的高度深度:树中节点的最大层次;

堂兄弟节点:父节点在同一层的节点互为堂兄弟;

节点的祖先:从根到该节点所经分支上的所有节点;

子孙:以某节点为根的子树中任一节点都称为该节点的子孙。

森林:由m(m>=0)棵互不相交的树的集合称为森林;

树的种类

无序树:树中任意节点的子节点之间没有顺序关系,这种树称为无序树,也称为自由树;

有序树:树中任意节点的子节点之间有顺序关系,这种树称为有序树;

二叉树:每个节点最多含有两个子树的树称为二叉树;

完全二叉树:对于一颗二叉树,假设其深度为d(d>1)。除了第d层外,其它各层的节点数目均已达最大值,且第d层所有节点从左向右连续地紧密排列,这样的二叉树被称为完全二叉树,其中满二叉树的定义是所有叶节点都在最底层的完全二叉树;

平衡二叉树(AVL树):当且仅当任何节点的两棵子树的高度差不大于1的二叉树;

排序二叉树(二叉查找树(英语:Binary Search Tree),也称二叉搜索树、有序二叉树);

霍夫曼树(用于信息编码):带权路径最短的二叉树称为哈夫曼树或最优二叉树;

B树:一种对读写操作进行优化的自平衡的二叉查找树,能够保持数据有序,拥有多余两个子树。

树的遍历分为:先序遍历(preorder),中序遍历(inorder)和后序遍历(postorder)

先中后指根节点读取次序

运用队列和栈,可做深度优先队列和广度优先队列。

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