11|排序(上)

如何分析一个排序算法

执行效率

1. 最好情况、最坏情况、平均情况时间复杂度

2. 时间复杂度的系数、常数、低阶

3. 比较次数和交换(移动)次数

内存消耗

通过空间复杂度来衡量,原地排序指的是空间复杂度为o(1)的排序算法

稳定性

如果待排序的序列中存在值相等的元素,经过排序后,相等元素间的先后顺序不变

三种时间复杂度为o(n^2)的排序

冒泡排序

(1)操作相邻的两个数据

(2)一次冒泡至少让一个元素移动到应该在的位置

分析

(1)原地排序:冒泡只涉及相邻数据交换,只需要常量级的临时空间,空间复杂度O(1), 是原地排序

(2)稳定排序:当相邻的两个元素大小相等的时候不作交换,所以相同大小的数据在排序前后不会改变顺序,所以是稳定排序。

(3)时间复杂度

        a. 最好情况:排序数据已经有序,只需要进行一次冒泡操作,时间复杂度O(n)

        b.最坏情况:排序数据刚好倒序排列,需要进行n此冒泡操作,时间复杂度O(n^2)

        c. 平均情况:利用有序度和逆序度来衡量。 满有序度为n*(n-1)/2

逆序度 = 满有序度 - 有序度 

最坏情况,有序度为0,要进行n*(n-1)/2 次比较交换, 平均情况取n*(n-1)/4 所以平均情况下 时间复杂度也是O(n^2)

插入排序(动态的往有序区间添加数据)

如何实现:

(1)划分两个区间,已排序区间和未排序区间

(2)取未排序区间的元素,在已排序区间中找到合适的位置插入

(3)一直重复这个过程直到未排序区间中的元素为空

对于一个给定的初始序列,移动操作的次数是固定的,就等于逆序度

分析:

(1)原地排序:插入排序不需要额外的存储空间,空间复杂度O(1), 是原地排序

(2)稳定排序:对于值相等的元素,可以将后面出现的元素插入到前面痴线元素的后面,这样就保证的前后的顺序不会变,所以是稳定排序

(3)时间复杂度:

        a. 最好情况:排序数据已经有序,只需从未到头遍历有序的数据,时间复杂度O(n)

        b. 最坏情况: 排序数据倒序,每次插入相当于在数据的第一个位置插入新的数据,需要移动大量数据,时间复杂度O(n^2)

       c. 平均情况: 数据插入一个元素的平均复杂度为O(n), 插入排序来说,每次插入就相当于在数据插入一个元素,所以插入排序平均情况时间复杂度O(n^2)

选择排序

选择排序

实现原理与插入排序类似, 区别就是选择排序每次会从未排序区间找到最小的元素,放到已经排序区间的末尾。

分析:

(1)原地排序, 选择排序不需要分配额外的存储空间,空间复杂度是O(1), 是原地排序

(2)稳定排序:选择排序每次都要找到剩余未排序的最小值与前面的元素进行交换,这样会破坏稳定性,如5,8,5,2,9这样的排序数据。

(3)时间复杂度:

         a. 最好情况: 每一次交换都要找到最小的元素,要进行n次交换,所以最好情况时间复杂度为O(n^2)

         b. 最坏情况:O(n^2)

        c. 平均情况:O(n^2)


写在最后

为什么插入排序比冒泡排序更受欢迎

虽然冒泡排序和插入排序具有相同的时间复杂度,都是O(n^2), 但是冒泡排序的实现更加复杂,

从代码实现来看

(1)冒泡排序具有3个赋值语句

(2)插入排序具有一个赋值语句

对于同样逆序度的排序数据,插入排序更优于冒泡排序。

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