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[数据结构与算法]八大排序算法(1)

?

分类:

?一、冒泡排序:(平均时间复杂度:O(n^2))

? ? ? ? 1、基本思想:通过对待排序列从前向后,依次比较相邻元素的值,若逆序则交换,使较大的元素逐渐从前移向后部,类似水底下的气泡一样逐渐往上冒,每进行完一轮排序,都会使得排序序列最后一个数为最大的。

? ? ? ??2、算法优化:在排序的过程中,如果一趟比较下来的没有进行过数交换,则说明当前的序列已经有序了,不用再进行接下来的排序。因此在排序过程中设置一个标志flag判断元素是否进行过交换,可以适当优化。

? ? ? ? 3、演示冒泡排序过程的例子

????????

? ? ? ? ?小结上述例子:

? ? ? ? ? (1)一共进行数组的长度 - 1次排序循环

? ? ? ? ? (2)每一趟排序的次数都在不断的减少

? ? ? ? ? (3)如果在某一躺发现没有交换,则可提前结束

? ? ? ? ?4、代码如下:

????????

?
public static void bubbleSort(int[] arr){
        int temp = 0;
        boolean flag = false;//起优化作用
        for(int i = 0; i < arr.length - 1; i++){
            for(int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++){
                if(arr[j] > arr[j + 1]){
                    flag = true;
                    temp = arr[j + 1];
                    arr[j + 1] = arr[j];
                    arr[j] = temp;
                }
            }
            if(!flag){
                break;
            }else{
                flag = false;
            }
        }
    }

?

? ? ? ? 解释:(1)外层循环控制的是循环次数(待排序序列长度 - 1),内层循环控的? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?是相邻两个元素进行交换,注意交换条件(j < arr.length - 1 -i)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(2)在一轮循环结束后,如果flag被置为true,则说明已为有序序列,不? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 用再进行接下来的循环了。

二、快速排序:(对冒泡排序的一种改进)(平均时间复杂度:O(nlogn))

? ? ? ? 1、基本思想:在待排序序列中选择一个基准元素,通过一趟排序后,将该序列分割成两个独立的部分,左边部分的元素都比该基准小,右边部分都比该基准大,然后在分别对这两部分进行递归处理,已次达到目的。

? ? ? ? 2、快速排序法示意图:

????????

? ? ? ? ?3、代码如下:

????????

public static void quickSort(int[] arr,int start,int end){
        if(start >= end){//递归结束标志
            return;
        }
        //把数组中的第0个数字作为标准数
        int stard = arr[start];
        int low = start;
        int high = end;
        while (low < high) {
            while (low < high && stard <= arr[high]){
                high --;
            }//在右边找出一个比stard小的数
            arr[low] = arr[high];//找到之后进行覆盖下标为low的数

            while (low < high && stard >= arr[low]){
                low ++;
            }//在左边找出一个比stard大的数
            arr[high] = arr[low];//找到之后进行覆盖下标为high的数
        }
        //把标准数赋给下标为low或high的数(此时low=high)
        arr[low] = stard;
        //进行递归,处理两边的数字
        quickSort(arr,start,low);
        quickSort(arr,low+1,end);
    }

? ? ? ? 注意:(1)任何递归都得注意结束标志,必然会陷入死循环。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(2)在该算法中,选择了第0个数字作为标准数,所以当在右边找出了一? ????????????????????????????个比基准小的数时,可以直接赋值给左边下标为low的数(当然不? ?????????????????????????????同算法在细节上可能不一样,总体思想不变)。

三、归并排序:(平均时间复杂度:O(nlogn))

? ? ? ? 1、基本思想:是利用归并的思想实现的排序算法,该算法采用经典的分治策略(分:将问题分成一些小的问题然后递归求解,治:将分阶段得到的各答案修补在一起。即为分而治之)。

? ? ? ? 2、归并排序图解

? ? ? ? 分治总体图解:

????????

? ? ? ? ?治阶段的合并图解:

????????

? ? ? ? ?3、代码如下

????????

//分+合的方法
    public static void mergeSort(int[] arr,int left,int right,int[] temp){
        if(left < right){
            int mid = (left + right) / 2;
            //向左递归进行分解
            mergeSort(arr,left,mid,temp);
            //向右递归进行分解
            mergeSort(arr,mid + 1,right,temp);
            //到合并时
            merge(arr,left,mid,right,temp);
        }
    }
//合并的方法
    /**
     *
     * @param arr  排序的原始数组
     * @param left  左边有序序列的初始索引
     * @param mid  中间索引
     * @param right 右边索引
     * @param temp 做中转的数组
     */
    public static void merge(int[] arr,int left,int mid,int right,int[] temp) {
        int i = left;//左边有序序列的初始索引
        int j =mid + 1;//右边有序序列的初始索引
        int t = 0;//指向temp数组的当前索引

        //1、把两个有序序列按照规则填充到temp数组中,直到一方已经处理完毕
        while (i <= mid && j <= right) {
            if(arr[i] <= arr[j]){
                temp[t] = arr[i];
                t++;
                i++;
            }else{
                temp[t] = arr[j];
                t++;
                j++;
            }
        }
        //2、把有剩余数据的有序序列直接填充到temp数组中
        while (i <= mid){
            temp[t] = arr[i];
            t++;
            i++;
        }
        while (j <= right){
            temp[t] = arr[j];
            t++;
            j++;
        }
        //3、将temp数组的元素拷贝到arr(并不是拷贝所有)
        t = 0;
        int tempLeft = left;
        while (tempLeft <= right) {
            arr[tempLeft] = temp[t];
            t++;
            tempLeft++;
        }

    }

? ? ? ? 解释:在margeSort()方法中,当向右递归进行分解完了后此时的待排序列为如图:,可以看出为8个小的有序序列,然后再从此时对小的有序序列进行合并,直到回溯完,也就已经排好了序。

四、基数排序:(平均时间复杂度:O(n^k))

? ? ? ? 1、介绍:基数排序是桶排序的扩展,它是将整数按位数进行切割,按照得到的位数,把相应的元素分配至某些桶中,以达到排序的目的。基数排序法是属于效率高的稳定性(对于相同的元素,排序前后的相对顺序不变)的排序法。

? ? ? ? 2、主要思想:将所有待比较数值统一为同样的数位长度,数位短的数前面补0。然后,从最低位开始,依次进行一次排序。这样从最低位排序一直到最高位排序后,数列就已经排好了序。

? ? ? ? 3、基数排序的图文说明:(该序列的最高位数为百位,所以进行三次排序)

?

? ? ? ? ?4、代码如下

public static void radixSort(int[] arr){

        //开始循环的准备过程
        //1、得到数组中最大数的位数
        int max = arr[0];
        for(int i = 1; i < arr.length; i++){
            if(arr[i] > max){
                max = arr[i];
            }
        }
        //2、得到最大数是几位数
        int maxLength = (max + "").length();

        //定义一个二维数组,表示10个桶,每个桶就是一个一维数组
        //1、二维数组包含10个一维数组
        //2、为了防止在放数据的时候,数据溢出,一维数组的长度为arr.length
        //3、很明显基数排序就是空间换时间的经典算法
        int[][] bucket = new int[10][arr.length];

        //为了记录每个桶中,实际存放了多少个数据,我们定义一个一维数组来记录各个桶每次放入的数据个数
        int[] bucketElementCounts = new int[10];
        //bucketElementCounts[0],记录的是bucket[0]桶放入的个数

        for(int i = 0, n = 1; i < maxLength; i++,n *= 10){
            //针对每一轮,每个元素对应的位数进行排序(第一次是个位,第二次是十位。。。)
            for(int j = 0; j < arr.length; j++){
                //取出每个元素对应位的值,放入到对应桶中
                int digtiofElement = arr[j] / n % 10;
                bucket[digtiofElement][bucketElementCounts[digtiofElement]] = arr[j];
                bucketElementCounts[digtiofElement]++;
                //比如53,表示放到bucket[3][bucketElementCounts[3]]中,bucketElementCounts[3]一开始为0,每放一个数就进行++
            }
            //按照这个桶的顺序,(一维数组的下标取出数据,放入原来数组)
            int index = 0;
            //遍历每一个桶,若桶中有数据,则放入到原数组中
            for(int k = 0; k < bucketElementCounts.length; k++){
                if(bucketElementCounts[k] != 0){
                    //循环第k个桶(即第k个一维数组),放入
                    for(int l = 0; l<bucketElementCounts[k] ; l++){
                        arr[index] = bucket[k][l];
                        index++;
                    }
                }
                //进行每一轮处理时,都需要将每个桶计数的数组置0
                bucketElementCounts[k] = 0;
            }
        }
    }

? ? ? ? 解释:(1)在开始循环前需先得到该序列最大数的位数,以次来作为循环次数。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(2)定义的bucket二维数组是用来放置每个桶的数据,bucletElement? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Counts是用来记录每个桶所放进的个数,方便用来取数。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(3)进行每一轮处理时,都需要将每个桶计数的数组置0.

? ? ? ? 5、说明:(1)基数排序是对传统桶排序的扩展,速度很快,而且是稳定的。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)基数排序是经典的空间换时间的方式,占用内存很大,当对海数? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 据排序时,容易造成OutOfMemoryError。

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加:2021-10-17 12:14:11  更:2021-10-17 12:14:38 
 
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