排序相关1——次序选择(顺序统计量)

目录

  • 1.排序的作用
  • 2.选择问题
    2.1 最大值和最小值
    2.2 期望为线性时间的选择算法
    2.3 最坏情况为线性时间的选择算法(原因是选了一个好的主元,尽量居中的主元)

1.排序的作用

排序的意义在于排序后对有序序列的使用上。这种意义有两个:
1)方便将来的查找工作
2)告诉我们任何特定元素在一个团体里面的次序(排名)

2.选择问题

几个概念:
第i个顺序统计量:是该集合中第i小的元素
最小值:第一个顺序统计量(i = 1)
最大值:第n个顺序统计量
中位数:中点元素

选择问题:


根据排序的结果,可以在O(nlgn)时间内解决这个选择问题。

2.1 最大值和最小值


同时找最大值和最小值的方法:
分布独立地找,总共需要2(n-1)次比较
一种可以减小比较的方式(减少多余的比较):


2.2 期望为线性时间的选择算法

分治算法:以快排为模型,将输入数组进行递归划分。但是该算法只处理划分的一边。(假设输入是互异的)
以下是RANDOMIZED-SELECT的伪代码,它返回数组A[p..r]中第i小的元素。




1)最坏情况运行时间



2)期望运行时间




1)这里的O(n)表示划分操作(RANDOMIZED-PARTITION)需要的时间。

2)T(max(k-1, n-k))表示包含较多元素的那一边,这种情况如果总是出现,就表示最差的情况,也即上界。
3)Xk和T(max(k-1, n-k))是独立的随机变量
其实这道题目的本质就是,通过随机选取之后,那个较多的那一边的数字大小排列仍然符合随机全排列
Xk选取后,并不影响k-1和n-k的任意排列,也即不影响其时间T(k-1)或者T(n-k),因为k-1和n-k还是一个任意的排列


2.3 最坏情况为线性时间的选择算法(原因是选了一个好的主元,尽量居中的主元)


SELECT使用的是来自快排的确定性划分算法PARTITION,但做了修改,把划分的主元也作为输入参数。



特别注意:第二步、第三步只是递归地寻找中位数,其中对每个小组进行了插入排序


伪代码:

SELECT(A, p, r, i)
if p == r
    return A[p]
m = FIND-MEDIAN(A, p, r)  // m代表中位数
q = M-PARTITION(A, p, r, m)
k = q - p + 1
if i == k
    return A[q]
else if i < k
    return SELECT(A, p, q-1, i)
else return SELECT(A, q+1, r, i-k)


M-PARTITION(A, p, r, m)
exchange A[m] with A[r]
return PARTITION(A, p ,r)

FIND-MEDIAN(A, p, r)
divide to ceil(n/5) groups
use insertion sorting to get each median of gropus to new array B
if ceil(n/t) == 1
    return B[0]
else
    SELECT(B, 0, ceil(n/5) - 1, (h-1)/2)
    

最坏时间分析:



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