归并排序/快速排序

归并排序核心思想

  • 如果要排序一个数组,先把数组从中间分成前后2部分,然后对前后两部分分别排序,再将排序好的两部分合在一起,这样整个数组就有序了。
  • 归并排序使用的是分治思想,将大问题划分成小的子问题来解决。注意,分治是一种解决问题的处理思想;递归是一种编程技巧。

归并排序性能分析

  • 归并排序可以是一个稳定的排序算法,这个主要看2个数组的合并排序函数。
  • 归并排序的时间复杂度(O(nlogn))
    假设对n个元素进行归并排序需要的时间是T(n),那分解成两个子数组排序的时间都是T(n/2)。已知,合并两个有序子数组的时间复杂度是O(n)。所以归并排序的时间复杂度计算公式为:
    T(1) = C; n=1 时,只需要常量级的执行时间,所以表示为 C。
    T(n) = 2*T(n/2) + n; n>1
    = 2*(2*T(n/4) + n/2) + n = 4*T(n/4) + 2*n
    = 4*(2*T(n/8) + n/4) + 2*n = 8*T(n/8) + 3*n
    = 8*(2*T(n/16) + n/8) + 3*n = 16*T(n/16) + 4*n
    ......
    = 2^k * T(n/2^k) + k * n
    ......
    当T(n/2^k) = T(1)时,n/2^k=1,得k=log2n。将k带入公式得到T(n)=Cn+n*log2n。用大O计数法表示,T(n)=O(nlogn) 所有情况下。
  • 归并排序的空间复杂度(O(n))
    归并排序的合并函数,在合并两个有序数组时需要借助额外存储空间,递归代码的空间复杂度不能像时间复杂度那样累加;尽管每次合并操作都需要申请额外的内存空间,但在合并完成之后,临时开辟的内存空间就被释放掉了。在任意时刻,CPU只会有一个函数在执行,也就只会有一个临时的内存空间在使用。临时内存空间最大不会超过n个数据的大小,所以空间复杂度是O(n)。

快排核心思想

  • 如果要对数组排序,从数组中选任意一个数据作为分区点pivot,然后遍历数组的所有数据,将小于pivot的放到其左侧,大于pivot的放到其右侧,这样一次遍历后,pivot找到了自己所应处于的位置;pivot将原数组分成了3部分,其左侧都小于它,右侧都大于它,对其左右侧再进行定分区点分区操作,直到所有的点都找到其应处于的位置。

快排性能分析

  • 分区操作可以原地完成(最后交换分区点的位置),所以它的空间复杂度是O(1);当然也可以借助额外内存空间。
  • 快排不是一个稳定的排序算法。
  • 大多情况下时间复杂度都可以做到O(nlogn),极端情况(使用尾元素做分区点并且数组本就是有序的)会退化成O(n²)。
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