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各种排序算法的复杂度和稳定性

时间:2015-04-10 23:52:20      阅读:230      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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名称

数据对象

稳定性

时间复杂度

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空间复杂度

描述

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平均

最坏

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冒泡排序

数组

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(无序区,有序区)。从无序区通过交换找出最大元素放到有序区前端。

选择排序

数组

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(有序区,无序区)。在无序区里找一个最小的元素跟在有序区的后面。对数组:比较得多,换得少。

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链表

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插入排序

数组、链表

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(有序区,无序区)。把无序区的第一个元素插入到有序区的合适的位置。对数组:比较得少,换得多。

堆排序

数组

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(最大堆,有序区)。从堆顶把根卸出来放在有序区之前,再恢复堆。

归并排序

数组

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,如果不是从下到上

把数据分为两段,从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。可从上到下或从下到上进行。

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链表

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快速排序

数组

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(小数,枢纽元,大数)。

希尔排序

数组

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每一轮按照事先决定的间隔进行插入排序,间隔会依次缩小,最后一次一定要是1。

计数排序

数组、链表

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统计小于等于该元素值的元素的个数i,于是该元素就放在目标数组的索引i位(i0)。

桶排序

数组、链表

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将值为i的元素放入i号桶,最后依次把桶里的元素倒出来。

基数排序

数组、链表

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一种多关键字的排序算法,可用桶排序实现。

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平均时间复杂度由高到低为:

冒泡排序O(n2)

选择排序O(n2)

插入排序O(n2)

希尔排序O(n1.25)

堆排序O(n log n)

归并排序O(n log n)

快速排序O(n log n)

基数排序O(n)

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复杂度分析

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直接插入排序,冒泡排序,选择排序等双循环的都是n^2

归并,快排,堆排等带有递归的是nlogn

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基于比较的排序算法的下限都是O(nlogn)

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快排的过程:

取数组第一个元素设置为vot,然后从后到前查找小于vot的值,然后交换,再从前向后查找大于vot的值交换,第一遍结束后,分vot在数组中间,然后递归处理左右子数组就行了

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插入,冒泡是稳定的

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快排,堆排是不稳定的

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归并是稳定的

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选择排序是不稳定的

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稳定性解释:

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(1)冒泡排序

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冒泡排序就是把小的元素往前调或者把大的元素往后调。比较是相邻的两个元素比较,交换也发生在这两个元素之间。所以,如果两个元素相等,我想你是不会再无聊地把他们俩交换一下的;如果两个相等的元素没有相邻,那么即使通过前面的两两交换把两个相邻起来,这时候也不会交换,所以相同元素的前后顺序并没有改变,所以冒泡排序是一种稳定排序算法。

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(2)选择排序

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选择排序是给每个位置选择当前元素最小的,比如给第一个位置选择最小的,在剩余元素里面给第二个元素选择第二小的,依次类推,直到第n-1个元素,第n个元素不用选择了,因为只剩下它一个最大的元素了。那么,在一趟选择,如果当前元素比一个元素小,而该小的元素又出现在一个和当前元素相等的元素后面,那么交换后稳定性就被破坏了。比较拗口,举个例子,序列5 8 5 2 9, 我们知道第一遍选择第1个元素5会和2交换,那么原序列中2个5的相对前后顺序就被破坏了,所以选择排序不是一个稳定的排序算法。

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(3)插入排序

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插入排序是在一个已经有序的小序列的基础上,一次插入一个元素。当然,刚开始这个有序的小序列只有1个元素,就是第一个元素。比较是从有序序列的末尾开始,也就是想要插入的元素和已经有序的最大者开始比起,如果比它大则直接插入在其后面,否则一直往前找直到找到它该插入的位置。如果碰见一个和插入元素相等的,那么插入元素把想插入的元素放在相等元素的后面。所以,相等元素的前后顺序没有改变,从原无序序列出去的顺序就是排好序后的顺序,所以插入排序是稳定的。

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(4)快速排序

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快速排序有两个方向,左边的i下标一直往右走,当a[i] <= a[center_index],其中center_index是中枢元素的数组下标,一般取为数组第0个元素。而右边的j下标一直往左走,当a[j] > a[center_index]。如果ij都走不动了,i <= j, 交换a[i]a[j],重复上面的过程,直到i>j 交换a[j]a[center_index],完成一趟快速排序。在中枢元素和a[j]交换的时候,很有可能把前面的元素的稳定性打乱,比如序列为 5 3 3 4 3 8 9 10 11 现在中枢元素53(5个元素,下标从1开始计)交换就会把元素3的稳定性打乱,所以快速排序是一个不稳定的排序算法,不稳定发生在中枢元素和a[j]交换的时刻。

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(5)归并排序

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归并排序是把序列递归地分成短序列,递归出口是短序列只有1个元素(认为直接有序)或者2个序列(1次比较和交换),然后把各个有序的段序列合并成一个有序的长序列,不断合并直到原序列全部排好序。可以发现,在1个或2个元素时,1个元素不会交换,2个元素如果大小相等也没有人故意交换,这不会破坏稳定性。那么,在短的有序序列合并的过程中,稳定是是否受到破坏?没有,合并过程中我们可以保证如果两个当前元素相等时,我们把处在前面的序列的元素保存在结果序列的前面,这样就保证了稳定性。所以,归并排序也是稳定的排序算法。

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(8)堆排序

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我们知道堆的结构是节点i的孩子为2*i2*i+1节点,大顶堆要求父节点大于等于其2个子节点,小顶堆要求父节点小于等于其2个子节点。在一个长为n的序列,堆排序的过程是从第n/2开始和其子节点共3个值选择最大(大顶堆)或者最小(小顶堆),3个元素之间的选择当然不会破坏稳定性。但当为n/2-1, n/2-2, ...1这些个父节点选择元素时,就会破坏稳定性。有可能第n/2个父节点交换把后面一个元素交换过去了,而第n/2-1个父节点把后面一个相同的元素没有交换,那么这2个相同的元素之间的稳定性就被破坏了。所以,堆排序不是稳定的排序算法

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摘自

http://blog.csdn.net/hkx1n/article/details/3922249

各种排序算法的复杂度和稳定性

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原文地址:http://www.cnblogs.com/keedor/p/4415877.html

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