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  • 算法之排序算法2(待续)

    待续.....

      

    排序总结:

    内排序:排序过程中,全部记录存放在内存中的排序。
    总结:
    一.排序稳定性:
    稳定:冒泡排序,插入排序,归并,基数排序。
    不稳定:选择,快速排序,希尔排序,堆排序。
    二.平均时间复杂度
    O(n2) :直接插入,简单选择,冒泡排序
    在数据规模较小时(9w内),直接插入,简单选择排序差不多。
    当数据较大时,冒泡排序算法的时间代价最高。
    性能为O(n2)的算法基本上是相邻元素进行比较,基本上都是稳定的。
    O(nlogn):快速,归并,希尔,堆排序。
    其中,快速是最好的,其次是归并和希尔,堆排序在数据很大时效果明显。
    三.排序算法的选择
    1.数据规模较小:
    (1)待排序列基本序的情况下,可以选择 直接插入排序;
    (2)对稳定性不做要求,宜用插入或冒泡
    2.数据规模不是很大
    (1)完全可以用内存空间,序列杂乱无序,对稳定性没有要求,快速排序,此时要付出log(N)的额外空间
    (2)序列本身可能有序,对稳定性有要求,空间允许下,宜用归并排序。
    3.数据规模很大:
    (1)对稳定性有求,则可考虑归并
    (2)对稳定性无要求,宜用堆排序
    4. 序列初始基本有序(正序),宜用直接插入 ,冒泡。



    1.交换排序:冒泡排序和快速排序。

    冒泡排序:

    1.原理:

    • 比较两个相邻的元素,将值大的元素交换到右端。
    • 冒泡排序:
      对待排序序列,从前向后依次比较相邻元素的排序码,若发现逆序则交换,使较大的元素逐渐从前面移到后面面,就像水底的气泡一样逐渐向上冒。

    2、思想

    • 依此比较相邻两个数,小的数放在前面,大的数放在后面
    • 第一趟比较第1,2个数,小前大后;比较第2,3个数,小前大后,直至比较到把其中最大数放到最右端
    • 第一趟之后,最后一个一定最大,比较第二趟,第二趟第一个不参与,把第二大的数放到倒数第二个位置
    • 第二趟之后,倒数第二个数第二大,第三趟最后两个数不参与
    • 依此类推,每一趟比较次数-1
      public static void sort(int[] arr) {
            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]) {
                        int temp = arr[j];
                        arr[j] = arr[j+1];
                        arr[j+1]=temp;
                    }
                }
        }

    public static int[] sortV2(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
    for (int j = i+1; j < arr.length; j++) {
    if (arr[i] > arr[j]) {
    int temp = arr[i];
    arr[i] = arr[j];
    arr[j] = temp;
    }
    }
    }
    return arr;
    }

    3、示例

    • N个数字排序,进行 N-1趟排序
    • 每趟排序次数为 N-i-1次
    • 双重循环 外层控制趟数,内层控制每一趟排序次数

    1.具体执行如下:

     int[] arr = {6,3,8,2,9,1
     冒泡排序趟数和排序次数执行图:
     
     

    1.冒泡排序思想
    冒泡排序就是比较两个相邻之间的数字,以升序排列为例。
    以数组int[] a = {11,3,12,45,23} 为列。如果a[0]>a[1],交换二者的值,接着再用a[1]与a[2]比,如果需要交换就交换,不需要交换,再进行下一轮比较(a[2]与a[3]),直到最后a[a.length-2]与a[a.length-1]比较结束,此时第一轮比较已经结束,最大的值已经删选出来,并且已经放到了最后。
    接着进行第二轮比较,第二轮比较的时候,数组从a[0]到a[a.length-2],到最后只剩下两个数字的时候,比较结束

    2.代码实现与分析
    //冒泡排序 两两之间比较(先把大的找出来)

    private int[] bubbleSort(int[] a) {
    for (int i = a.length - 1; i > 0; --i) {
    //每一轮结束后,第二轮筛选的数就减少一个
    for (int j = 0; j < i; j++) {
    if (a[j] > a[j + 1]) {
    //交换 把大的放后面 冒泡过程
    int temp = a[j];
    a[j] = a[j + 1];
    a[j + 1] = temp;
    }
    }
    }
    return a;
    }

    冒泡排序的优化:
    在排序过程中,如果一趟比较下来没有交换,说明是有序,因此在排序过程中要设置一个标志flag判断元素是否进行比较交换,减少不必要的比较。

    Java实现冒泡排序(一)

    原理:每次比较两个相邻的元素,将较大的元素交换至右端。

    思路:每次冒泡排序操作都会将相邻的两个元素进行比较,看是否满足大小关系要求,如果不满足,就交换这两个相邻元素的次序,一次冒泡至少让一个元素移动到它应该排列的位置,重复N次,就完成了冒泡排序。

    通过一个图来简单理解一下一次冒泡的过程:

    经过一次冒泡,6这个当前数组中最大的元素飘到了最上面,如果进行N次这样操作,那么数组中所有元素也就到飘到了它本身该在的位置,就像水泡从水中飘上来,所以叫冒泡排序。 

    以上,第五第六次可以看到,其实第五次冒泡的时候,数组已经是有序的了,

    因此,还可以优化,即如果当次冒泡操作没有数据交换时,那么就已经达到了有序状态

    /**
    * @description: 冒泡排序
    * 冒泡排序只会操作相邻的两个数据。每次冒泡操作都会对相邻的两个元素进行比较,看是否满足大小关系要求。
    * 如果不满足就让它俩互换。一次冒泡会让至少一个元素移动到它应该在的位置,重复n 次,就完成了 n 个数据的排序工作
    * **/
    public class BubbleSort {
    public void bubbleSort(Integer[] arr, int n) {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
    // 提前退出冒泡循环的标志位,即一次比较中没有交换任何元素,这个数组就已经是有序的了
    boolean flag = false;
    for (int j = 0; j < n - i - 1; ++j) { //此处你可能会疑问的j<n-i-1,因为冒泡是把每轮循环中较大的数飘到后面,
    // 数组下标又是从0开始的,i下标后面已经排序的个数就得多减1,总结就是i增多少,j的循环位置减多少
    if (arr[j] > arr[j + 1]) { //即这两个相邻的数是逆序的,交换
    int temp = arr[j];
    arr[j] = arr[j + 1];
    arr[j + 1] = temp;
    flag = true;
    }
    }
    if (!flag) break;//没有数据交换,数组已经有序,退出排序
    }
    }
    }

    我自己在学习的过程中之前一直很纳闷第二层for循环里的j为啥要小于n-i-1,其实这个自己在纸上举个例子很快就明白了,如果上面代码里我的描述你还没有看懂,那么画一画。

    时间复杂度:

    如果我们的数据正序,只需要走一趟即可完成排序。所需的比较次数C和记录移动次数M均达到最小值,
    即:Cmin=n-1;Mmin=0;所以,冒泡排序最好的时间复杂度为O(n)。

    如果很不幸我们的数据是反序的,则需要进行n-1趟排序。每趟排序要进行n-i次比较(1≤i≤n-1),且每次比较都必须移动记录三次来达到交换记录位置。

    在这种情况下,比较和移动次数均达到最大值:

    即最坏情况下时间复杂度为O(n2) 【n的平方】;  所以,冒泡排序总的平均时间复杂度为:O(n2) 。

     

    2.快速排序:

    快速排序是对冒泡排序的改进。
    定义
        通过一趟排序将要排序的数据分给成独立的两部分,其中一部分的所有数据都要比另一部分的所有都要小,然后按照此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排序过程递归进行。——自己概括,数组中定义一个值为轴值,比其大放一侧,比其小的放另一侧,因此化为两部分,再用递归的方式,直到全部变成有序数列。本质还是两两交换!
    基本思想:
    通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部数据分别进行快速排序,整个排序过程可以进行递归排序,达到整个过程变成有序序列。

    【总结】
    根据上述两种排序,发现两种算法都是采用两两交换的方式进行排序。而同样的数据冒泡用了9次,而快速用了6次。两者采用的方式相同,在执行效率上,快速排序算是冒泡排序的优化版。

    public class quickSort {

    private static int num = 0;

    public static void main(String[] args) {
    int[] a = {51, 46, 20, 18, 65, 97, 82, 30, 77, 50};
    quick(a, 0, a.length - 1);
    }

    public static void quick(int[] list, int low, int high) {
    if (list.length > 0 && low < high) {
    int middle = getMiddle(list, low, high);
    quick(list, low, middle - 1);
    quick(list, middle + 1, high);
    }
    }

    /**
    * @param list 数组
    * @param low 最小坐标
    * @param high 最高位坐标
    * @Description: 选取中间值
    */
    public static int getMiddle(int[] list, int low, int high) {
    //计算执行次数
    num++;
    int temp = list[low]; //选择第一个数作为轴值,存放于临时变量中
    while (low < high) { //保证一致正序选择
    //保证正序的前提下(从左到右),如果右侧大于轴值,则判断 右侧数据的下一个
    while (low < high && list[high] > temp) {
    high--;
    }
    //在右侧找到小于temp轴值的数,则进行交换
    list[low] = list[high];
    //保证正序的前提下(从左到右),如果左侧小于轴值,则判断左侧数据的下一个
    while (low < high && list[low] <= temp) {
    low++;
    }
    list[high] = list[low];//在左侧找到大于temp轴值的数,则进行交换
    }
    list[low] = temp;
    System.out.println("执行了第" + num + "次");
    for (int i = 0; i < list.length; i++) {
    System.out.print(list[i] + " ");
    }
    System.out.println();
    return low;
    }
    }

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