数据结构与算法之选择排序

1、基本思想

冒泡排序中有一个缺点,比如,我们比较第一个数a1与第二个数a2的时候,只要a1比a2大就会交换位置,但是我们并不能确定a2是最小的元素,假如后面还有比它更小的,该元素还会与a2再次进行交换,而且这种交换有可能发生多次才能确定a2的最终位置。

选择排序可以避免这种耗费时间的交换操作,从第一个元素开始,扫描整个待排数组,找到最小的元素放之后再与第一个元素交换位置,然后再从第二个元素开始,继续寻找最小的元素与第二个元素交换位置,依次类推。

1.png

2、实例

    public void selectionSort() {
        int minPoint; // 存储最小元素的小标
        int len = array.length;
        int temp;
        int counter = 1;

        for (int i = 0; i < len - 1; i++) {

            minPoint = i;
            for (int j = i + 1; j <= len - 1; j++) { // 每完成一轮排序,就确定了一个相对最小元素,下一轮排序只对后面的元素排序
                if (array[j] < array[minPoint]) { // 如果待排数组中的某个元素比当前元素小,minPoint指向该元素的下标
                    minPoint = j;
                }
            }

            if (minPoint != i) { // 如果发现了更小的元素,交换位置
                temp = array[i];
                array[i] = array[minPoint];
                array[minPoint] = temp;
            }

            System.out.print("第" + counter + "轮排序结果:");
            display();
            counter++;
        }
    }

3、算法分析

选择排序与冒泡排序一样,需要进行N*(N-1)/2次比较,但是只需要N次交换,当N很大时,交换次数的时间影响力更大,所以选择排序的时间复杂度为O(N2)

虽然选择排序与冒泡排序在时间复杂度属于同一量级,但是毫无疑问选择排序的效率更高,因为它的交换操作次数更少,而且在交换操作比比较操作的时间级大得多时,选择排序的速度是相当快的。

4、选择排序的改进

传统的选择排序每次只确定最小值,根据改进冒泡算法的经验,我们可以对排序算法进行如下改进:每趟排序确定两个最值——最大值与最小值,这样就可以将排序趟数缩减一半。

改进后的代码如下:

    public void selectionSort_improvement() {
        int minPoint; // 存储最小元素的小标
        int maxPoint; // 存储最大元素的小标
        int len = array.length;
        int temp;
        int counter = 1;

        for (int i = 0; i < len / 2; i++) {

            minPoint = i;
            maxPoint = i;
            for (int j = i + 1; j <= len - 1 - i; j++) { // 每完成一轮排序,就确定了两个最值,下一轮排序时比较范围减少两个元素
                if (array[j] < array[minPoint]) { // 如果待排数组中的某个元素比当前元素小,minPoint指向该元素的下标
                    minPoint = j;
                    continue;
                } else if (array[j] > array[maxPoint]) { // 如果待排数组中的某个元素比当前元素大,maxPoint指向该元素的下标
                    maxPoint = j;
                }
            }

            if (minPoint != i) { // 如果发现了更小的元素,与第一个元素交换位置
                temp = array[i];
                array[i] = array[minPoint];
                array[minPoint] = temp;

                // 原来的第一个元素已经与下标为minPoint的元素交换了位置
                // 如果之前maxPoint指向的是第一个元素,那么需要将maxPoint重新指向array[minPoint]
                // 因为现在array[minPoint]存放的才是之前第一个元素中的数据
                if (maxPoint == i) {
                    maxPoint = minPoint;
                }

            }

            if (maxPoint != len - 1 - i) { // 如果发现了更大的元素,与最后一个元素交换位置
                temp = array[len - 1 - i];
                array[len - 1 - i] = array[maxPoint];
                array[maxPoint] = temp;
            }

            System.out.print("第" + counter + "轮排序结果:");
            display();
            counter++;
        }
    }
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