基础算法记录

二分查找

lst = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]

def binary_search(lst,item):
    low = 0
    high = len(lst)-1
    while low <= high:
        mid = (low + high)/2
        guess = lst[mid]
        if guess == item:
            return mid
        elif guess > item:
            high = mid - 1   # 注意索引的变更
        else:
            low = mid + 1    # 注意索引的变更
    return None


ret = binary_search(lst,17)
if ret:
    print('Index is {}'.format(ret))
else:
    print('Not found.')

选择排序

raw_lst = [19, 4, 0, 7, 14, 8, 2, 12, 11, 17, 13, 3, 18, 10, 6, 1, 15, 5, 16, 9]

# 方法一：两层for循环实现
def sort(lst):
    for i in range(len(lst) - 1):
        # 记录最小数的索引
        minIndex = i
        for j in range(i + 1, len(lst)):
            if lst[j] < lst[minIndex]:
                minIndex = j
        # i 不是最小数时，将 i 和最小数进行交换
        if i != minIndex:
            lst[i], lst[minIndex] = lst[minIndex], lst[i]
    return lst

# 方法二：for循环+递归实现（耗时更短）
def sort_recursion(lst):
    if 1 == len(lst):
        return lst
    min_idx = 0
    min_num = lst[min_idx]
    for i in range(1,len(lst)):
        if lst[i]<min_num:
            min_idx = i
            min_num = lst[min_idx]
    lst[min_idx] = lst[0]
    lst[0] = min_num
    tmp = sort(lst[1:])
    tmp.insert(0,lst[0])
    return tmp

lst = sort(raw_lst)
print(lst)

冒泡排序

import time

raw_lst = [19, 4, 0, 7, 14, 8, 2, 12, 11, 17, 13, 3, 18, 10, 6, 1, 15, 5, 16, 9]

# 方法一：两层for循环实现
def bubbleSort(lst):
    for passnum in range(len(lst)-1,0,-1):
        for i in range(passnum):
            if lst[i]>lst[i+1]:
                tmp = lst[i]
                lst[i] = lst[i+1]
                lst[i+1] = tmp
    return lst

# 方法二：for循环+递归实现（耗时更短）
def bubbleSort_recursion(lst):
    length = len(lst)
    if 1==length:
        return lst
    for idx in range(length):
        if idx<length-1:
            if lst[idx]>lst[idx+1]:
                tmp = lst[idx]
                lst[idx] = lst[idx+1]
                lst[idx+1] = tmp
    pre_lst = bubbleSort(lst[:-1])
    pre_lst.append(lst[-1])
    return pre_lst

s1 = time.time()
lst1 = bubbleSort(raw_lst)
print((time.time()-s1)*1000000)    # 49.591064453125
s2 = time.time()
lst2 = bubbleSort_recursion(raw_lst)
print((time.time()-s2)*1000000)    # 28.848648071289
print(lst1)
print(lst2)

插入排序

希尔排序

快速排序

# 基于 divide&conquer 的快速排序的Python实现
 
lst = [19, 4, 0, 7, 14, 8, 2, 12, 11, 17, 13, 3, 18, 10, 6, 1, 15, 5, 16, 9]
 
def quicksort(lst):
    if len(lst) < 2:
        return lst
    pivot = lst[0]
    left = [ ele for ele in lst[1:] if ele < pivot ]
    right = [ ele for ele in lst[1:] if ele >= pivot ]
    return quicksort(left) + [pivot,] + quicksort(right)
 
sorted_lst = quicksort(lst)
print(lst)
print(sorted_lst)

归并排序

典型的分治思想：

- 分 即 将一个大的乱序序列分成很多个不能再分割的子序列，将各个子序列分别排序。

- 治 即 将两个相邻的已经排好序的子序列合并成一个有序序列。

整个过程是递归实现的。

import math

raw_lst = [19, 4, 0, 7, 14, 8, 2, 12, 11, 17, 13, 3, 18, 10, 6, 1, 15, 5, 16, 9]

def merge(left,right):
    '''
    归并
    '''
    lst = []
    num1 = left.pop(0)
    num2 = right.pop(0)
    while True:
        if num1 < num2:
            lst.append(num1)
            if 0 == len(left):
                lst.append(num2)
                for num in right:
                    lst.append(num)
                break
            else:
                num1 = left.pop(0)
        else:
            lst.append(num2)
            if 0 == len(right):
                lst.append(num1)
                for num in left:
                    lst.append(num)
                break
            else:
                num2 = right.pop(0)
    return lst

def sort(lst):
    '''
    先拆分 在归并
    '''
    if 1==len(lst):
        return lst
    mid = math.floor(len(lst)/2)
    left = lst[:mid]
    right = lst[mid:]
    return merge(sort(left),sort(right))  # 递归

lst = sort(raw_lst)
print(lst)

归并那块写的很不Pythonic，后来看到了 https://www.runoob.com/w3cnote/merge-sort.html 

def merge(left,right):
    '''
    归并
    '''
    lst = []
    while left and right:
        if left[0]<right[0]:
            lst.append(left.pop(0))
        else:
            lst.append(right.pop(0))
    while left:
        lst.append(left.pop(0))
    while right:
        lst.append(right.pop(0))
    return lst

归并排序在处理大文件排序问题中有很好的应用：大文件排序/外存排序问题

堆排序

参考: https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6129630.html

堆的定义和基本性质

堆是具有以下性质的完全二叉树：
    每个结点的值都大于或等于其左右孩子结点的值，称为大顶堆；
    或者每个结点的值都小于或等于其左右孩子结点的值，称为小顶堆。

任意节点（索引为K）的父节点的索引是 (K-1)/2 。
任意节点（索引为K）的左叶子节点的索引是 2*K+1 ,右叶子节点的索引是 2*K+2 。
假设节点数为 N，那么最后一个非叶子节点的索引是 N/2-1 。

堆排序的基本思想

将待排序序列构造成一个大顶堆，此时，整个序列的最大值就是堆顶的根节点。

将其与末尾元素进行交换，此时末尾就为最大值。

然后将剩余n-1个元素重新构造成一个堆，这样会得到n个元素的次小值。

如此反复执行，便能得到一个有序序列了。

堆排序代码实现

class HeapSort(object):
    def __init__(self, lst):
        self._list = lst

    def adjust(self, parent_idx, length):
        parent_val = self._list[parent_idx]
        child_idx = parent_idx*2+1
        while child_idx < length:
            # 比较左叶子节点和右叶子节点的大小, 取较大的一个
            if child_idx+1<length and self._list[child_idx]<self._list[child_idx+1]:
                child_idx += 1
            # 比较叶子节点和父节点的大小, 把较大值赋给父节点
            if self._list[child_idx] > parent_val:
                self._list[parent_idx] = self._list[child_idx] # 因为可能还需要进行下一层的替换, 所以这里替换操作只做一半
                parent_idx = child_idx
                child_idx = child_idx*2+1
            else:
                break
        self._list[parent_idx] = parent_val # 把当前循环的父节点的值放到最终位置

    def heap_build(self):
        # Step1: 构建大顶堆
        # 从最后一个非叶子节点开始调整, 从下至上 从右直左
        length = len(self._list)
        parent_idx = length//2-1
        while parent_idx >= 0:
            self.adjust(parent_idx, length)
            parent_idx -= 1
    
    def head_sort(self):
        # Step2: 堆排序
        length = len(self._list)
        for sub_length in range(length-1,-1,-1):
            # Step2.1: 交换堆顶元素与末尾元素
            tmp = self._list[0]
            self._list[0] = self._list[sub_length]
            self._list[sub_length] = tmp
            # Step2.2: 把最大值沉到列表末端, 重新调整堆结构
            # 注意: 这次调整堆结构是从堆顶开始的, 并且需要重排的列表也是随着最大值的下沉而逐渐减少, 即保证前一次得到的最大值不会参与到本次的堆调整
            self.adjust(0, sub_length)


lst = [19, 4, 0, 7, 14, 8, 2, 12, 11, 17, 13, 3, 18, 10, 6, 1, 15, 5, 16, 9]
obj = HeapSort(lst)
obj.heap_build()
obj.head_sort()

桶排序