排序算法总结

排序算法总结

排序算法：一种能将一串数据依照特定的排序方式进行排列的一种算法。

排序算法性能：取决于时间和空间复杂度，其次还得考虑稳定性，及其适应的场景。

稳定性：让原本有相等键值的记录维持相对次序。也就是若一个排序算法是稳定的，当有俩个相等键值的记录R和S，且原本的序列中R在S前，那么排序后的列表中R应该也在S之前。

以下来总结常用的排序算法，加深对排序的理解。

冒泡排序

原理

俩俩比较相邻记录的排序码，若发生逆序，则交换;有俩种方式进行冒泡，一种是先把小的冒泡到前边去，另一种是把大的元素

冒泡到后边。

性能

时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(1)。排序是稳定的，排序比较次数与初始序列无关，但交换次数与初始序列有关。

优化

若初始序列就是排序好的，对于冒泡排序仍然还要比较

O(N^2)次，但无交换次数。可根据这个进行优化，设置一个flag，

当在一趟序列中没有发生交换，则该序列已排序好，但优化后排序

的时间复杂度没有发生量级的改变。

代码

插入排序

原理

依次选择一个待排序的数据，插入到前边已排好序的序列中。

性能

时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(1)。算法是稳定的，比较次数和交换次数都与初始序列有关。

优化

直接插入排序每次往前插入时，是按顺序依次往前找，可在这里进行优化，往前找合适的插入位置时采用二分查找的方式，即

折半插入。

折半插入排序相对直接插入排序而言：平均性能更快，时间复杂度降至O(NlogN)，排序是稳定的，但排序的比较次数与初始序列无关，总是需要foor(log(i))+1次排序比较。

使用场景

当数据基本有序时，采用插入排序可以明显减少数据交换和数据移动次数，进而提升排序效率。

代码

希尔排序

原理

插入排序的改进版，是基于插入排序的以下俩点性质而提出的改进方法：

插入排序对几乎已排好序的数据操作时，效率很高，可以达到线性排序的效率。

但插入排序在每次往前插入时只能将数据移动一位，效率比较低。

所以希尔排序的思想是：

先是取一个合适的gap

缩小间隔gap，例如去gap=ceil(gap/2)，重复上述子序列划分和排序

直到，最后gap=1时，将所有元素放在同一个序列中进行插入排序为止。

性能

开始时，gap取值较大，子序列中的元素较少，排序速度快，克服了直接插入排序的缺点;其次，gap值逐渐变小后，虽然子序列的元素逐渐变多，但大多元素已基本有序，所以继承了直接插入排

序的优点，能以近线性的速度排好序。

代码

选择排序

原理

每次从未排序的序列中找到最小值，记录并最后存放到已排序序列的末尾

性能

时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(1)，排序是不稳定的(把最小值交换到已排序的末尾导致的)，每次都能确定一个元素所在的最终位置，比较次数与初始序列无关。

代码

快速排序

原理

分而治之思想：

Divide：找到基准元素pivot，将数组A[p..r]划分为

A[p..pivotpos-1]和A[pivotpos+1…q]，左边的元素都比基准小，右

边的元素都比基准大;

Conquer：对俩个划分的数组进行递归排序;

Combine：因为基准的作用，使得俩个子数组就地有序，无

需合并操作。

性能

快排的平均时间复杂度为O(NlogN)，空间复杂度为O(logN)，但最坏情况下，时间复杂度为O(N^2)，空间复杂度为O(N);且排序是不稳定的，但每次都能确定一个元素所在序列中的最终位置，复

杂度与初始序列有关。

优化

当初始序列是非递减序列时，快排性能下降到最坏情况，主要因为基准每次都是从最左边取得，这时每次只能排好一个元素。

所以快排的优化思路如下：

优化基准，不每次都从左边取，可以进行三路划分，分别取最左边，中间和最右边的中间值，再交换到最左边进行排序;或者进行随机取得待排序数组中的某一个元素，再交换到最左边，进行排序。

在规模较小情况下，采用直接插入排序

代码

归并排序

原理

分而治之思想：

Divide：将n个元素平均划分为各含n/2个元素的子序列;

Conquer：递归的解决俩个规模为n/2的子问题;

Combine：合并俩个已排序的子序列。

性能

时间复杂度总是为O(NlogN)，空间复杂度也总为为O(N)，算法与初始序列无关，排序是稳定的。

优化

优化思路：

在规模较小时，合并排序可采用直接插入;

在写法上，可以在生成辅助数组时，俩头小，中间大，这时不需要再在后边加俩个while循环进行判断，只需一次比完。

代码

堆排序

原理

堆的性质：

是一棵完全二叉树

每个节点的值都大于或等于其子节点的值，为最大堆;反之为最小堆。

堆排序思想：

将待排序的序列构造成一个最大堆，此时序列的最大值为根节点

依次将根节点与待排序序列的最后一个元素交换

再维护从根节点到该元素的前一个节点为最大堆，如此往复，最终得到一个递增序列

性能

时间复杂度为O(NlogN)，空间复杂度为O(1)，因为利用的

排序空间仍然是初始的序列，并未开辟新空间。算法是不稳定的，

与初始序列无关。

使用场景