数据结构(C语言版)---排序

1、排序:重排表中元素。

2、根据数据元素是否完全在内存中,将排序算法分为内部排序和外部排序两类。

3、插入排序:将一个待排序记录按关键字大小插入到前面已排好的子序列中,直到全部记录插入完成。

1)直接插入排序

void insertsort(sqlist L)
{
 int i, j;
 for (i = 2; i <=L.length; ++i)
 {
  if (L.r[i].key < L.r[i - 1].key)
  {
   L.r[0] = L.r[i];
   L.r[i] = L.r[i - 1];
   for (j = i - 2; L.r[0].key < L.r[j].key; --j)
   {
    L.r[j + 1] = L.r[j];
   }
   L.r[j + 1] = L.r[0];
  }
 }
}

(1)空间复杂度为O(1);时间复杂度为O(n2)。

(2)稳定性:插入元素时总是从后向前先比较后移动,不会出现相同元素相对位置发生变化,为稳定算法。

(3)适用性:适用于顺序存储和链式存储的线性表。

2)折半插入排序

void insertsort2(sqlist L)
{
 int i, j, low, high, mid;
 for (i = 2; i < L.length; i++)
 {
  L.r[0] = L.r[i];
  low = 1;
  high = i - 1;
  while (low<=high)
  {
   mid = (low + high) / 2;
   if (L.r[mid].key > L.r[0].key)
   {
    high = mid - 1;
   }
   else
   {
    low = mid + 1;
   }
  }
  for (j = i - 1; j >= high + 1; --j)
  {
   L.r[j + 1] = L.r[j];
  }
  L.r[high + 1] = L.r[0];
 }
}

(1)折半查找找出元素待插入的位置,统一地移动待插入位置之后的所有元素。

(2)时间复杂度为O(n2)。

(3)稳定性:为稳定算法。

3)希尔排序(缩小增量排序)

void insertsort3(sqlist L)
{
 int i, j,k;
 for (j = L.length / 2; j >= 1; j = j / 2)
 {
  for (i = j + 1; i <= L.length; ++i)
  {
   if (L.r[i].key < L.r[i - j].key)
   {
    L.r[0] = L.r[i];
    for (k = i - j; k > 0 && L.r[0].key < L.r[k].key; k -= j)
    {
     L.r[k + j] = L.r[k];
    }
    L.r[k + j] = L.r[0];
   }
  }
 }
}

(1)将待排序表分割成若干个子表,分别进行直接插入排序,当表中元素节本有序时,对整个表进行一次直接插入排序。

(2)空间复杂度为O(1);时间复杂度约为O(n1-2),最坏情况下时间复杂度为O(n2)。

(3)稳定性:不稳定。

(4)适用性:仅适用于顺序存储的线性表。

4、交换排序

1)冒泡排序

void bubblesort(sqlist L)
{
 int i, j, temp;
 bool flag;//发生交换的标志
 for (i = 0; i < L.length-1; i++)
 {
  flag = false;
  for (j = L.length - 1; j > i; j--)
  {
   if (L.r[j - 1].key > L.r[j].key)
   {
    temp = L.r[j - 1].key;
    L.r[j - 1].key = L.r[j].key;
    L.r[j].key = temp;
    flag = true;
   }
  }
  if (flag == false)
  {
   return;
  }
 }
}

(1)从后向前两两比较相邻元素的值,若为逆序则交换。

(2)空间复杂度为O(1);平均时间复杂度为O(n2),最坏情况下时间复杂度为O(n2)。

(3)稳定性:稳定。

(4)双向起泡排序。奇数趟时,从前向后比较相邻元素的关键字,逆序则交换;偶数趟时,从后向前比较相邻元素的关键字,逆序则交换。

void bubblesort2(sqlist L)
{
 int low = 0, high = L.length;
 bool flag = true;
 int temp;
 while (low<high&&flag)
 {
  flag = false;
  for (int i = low; i < high; i++)
  {
   if (L.r[i].key > L.r[i + 1].key)
   {
    temp = L.r[i].key;
    L.r[i].key = L.r[i+1].key;
    L.r[i+1].key = temp;
    flag = true;
   }
  }
  high--;
  for (int i = high; i >low; i--)
  {
   if (L.r[i].key < L.r[i - 1].key)
   {
    temp = L.r[i].key;
    L.r[i].key = L.r[i - 1].key;
    L.r[i - 1].key = temp;
    flag = true;
   }
  }
  low++;
 }
}

2)快速排序

int partition(sqlist L, int low, int high)
{
 int pivotkey;
 L.r[0] = L.r[low];
 pivotkey = L.r[low].key;
 while (low<high)
 {
  while (low<high&&L.r[high].key>=pivotkey)
  {
   --high;
  }
  L.r[low] = L.r[high];
  while (low < high&&L.r[low].key <= pivotkey)
  {
   ++low;
  }
  L.r[high] = L.r[low];
 }
 L.r[low] = L.r[0];
 return low;
}
void quicksort(sqlist L,int low,int high)
{
 if (low < high)
 {
  int pos = partition(L, low, high);
  quicksort(L, low, pos - 1);
  quicksort(L, pos + 1, high);
 }
}

(1)最坏情况空间复杂度为O(n),平均空间复杂度为O(log2n);平均时间复杂度为O(nlog2n),最坏情况下时间复杂度为O(n2)。

(2)所有内部排序中平均性能最优的排序算法。

5、选择排序

每一趟在后面n-i+1个待排序元素中选取关键字最小的元素,作为有序序列的第i个元素,直到第n-1趟做完,待排序元素只剩一个。

1)简单选择排序

void selectsort(sqlist L)
{
 int i, j, min,temp;
 for (i = 0; i < L.length - 1; i++)
 {
  min = i;
  for (j = i + 1; j < L.length; j++)
  {
   if (L.r[j].key < L.r[min].key)
   {
    min = j;
   }
  }
  if (min != i)
  {
   temp = L.r[i].key;
   L.r[i].key = L.r[min].key;
   L.r[min].key = temp;
  }
 }
}

(1)空间复杂度为O(1);时间复杂度为O(n2)。

(2)稳定性:不稳定。

2)堆排序

void adjustdown(sqlist L,int k)//将元素向下调整
{
 L.r[0].key = L.r[k].key;
 for (int i = 2 * k; i <= L.length; i *= 2)
 {
  if (I < L.length&&L.r[i].key < L.r[i + 1].key)
  {
   i++;
  }
  if (L.r[0].key >= L.r[i].key)
  {
   break;
  }
  else
  {
   L.r[k].key = L.r[i].key;
   k = i;
  }
 }
 L.r[k].key = L.r[0].key;
}

时间复杂度与树高(h)有关,为O(h)。
void adjustup(sqlist L, int k)//将元素向上调整
{
 L.r[0].key = L.r[k].key;
 int i = k / 2;
 while (i>0&& L.r[i].key < L.r[0].key)
 {
  L.r[k].key = L.r[i].key;
  k = i;
  i = k / 2;
 }
 L.r[k].key = L.r[0].key;
}

void buildmaxheap(sqlist L)//建立大根堆
{
 for (int i = L.length / 2; i > 0; i--)
 {
  adjustdown(L, i);
 }
}

在n个元素序列上建堆,时间复杂度为O(n)。
void heapsort(sqlist L)
{
 buildmaxheap(L);
 int temp;
 for (int i = L.length; i > 1; i--)
 {
  temp = L.r[i].key;
  L.r[i].key = L.r[1].key;
  L.r[1].key = temp;
  adjustdown(L, 1);
 }
}

(1)一种树形选择排序,在排序过程中,将L视为一棵完全二叉树的顺序存储结构。

(2)最大堆:堆顶元素取最大值;最小堆:栈顶元素为最小值。

(2)空间复杂度为O(1);时间复杂度为O(nlog2n)。

(3)稳定性:不稳定。

6、归并排序

1)归并:将两个或两个以上的有序表组合成一个新的有序表。

2)2路归并排序

void merge(sqlist A, int low, int mid, int high)
{
 sqlist B;
 int i, j, k;
 for (k = low; k <= high; k++)
 {
  B.r[k].key = A.r[k].key;
 }
 for (i = low, j = mid + 1, k = i; i <= mid && j <= high; k++)
 {
  if (B.r[i].key <= B.r[j].key)
  {
   A.r[k].key <= B.r[i++].key;
  }
  else
  {
   A.r[k].key <= B.r[j++].key;
  }
 }
 while (i<=mid)
 {
  A.r[k++].key <= B.r[i++].key;
 }
 while (j <= high)
 {
  A.r[k++].key <= B.r[j++].key;
 }
}
void mergesort(sqlist L, int low, int high)
{
 if (low < high)
 {
  int mid = (low + high) / 2;
  mergesort(L, low, mid);
  mergesort(L, mid + 1, high);
  merge(L, low, mid, high);
 }
}

(1)假定带排序表含有n个记录,则将其视为n个有序的子表,每个子表长度为1,然后两两归并,得到n/2个长度为2或1的有序表,再两两归并,直到合并成一个长度为n的有序表为止。

(2)空间复杂度为O(n);时间复杂度为O(nlog2n)。

(3)稳定性:稳定。

7、基数排序

(1)分类:最高位优先(MSD)、最低位优先(LSD)。

(2)一趟排序需要辅助存储空间为r,空间复杂度为O(r);基数排序需要进行d趟分配和收集,一趟分配需要O(n),一趟收集需要O(r),故基数排序时间复杂度为O(d(n+r)),与序列的初始状态无关。

(3)稳定性:稳定。

8、内部排序的比较

算法种类 时间复杂度 空间复杂度 是否稳定
最好情况 平均情况 最坏情况
直接插入排序 O(n) O(n2) O(n2) O(1) 是
冒泡排序 O(n) O(n2) O(n2) O(1) 是
简单选择排序 O(n2) O(n2) O(n2) O(1) 否
希尔排序       O(1) 否
快速排序 O(nlog2n) O(nlog2n) O(n2) O(log2n) 否
堆排序 O(nlog2n) O(nlog2n) O(nlog2n) O(1) 否
2路归并排序 O(nlog2n) O(nlog2n) O(nlog2n) O(n) 是
基数排序 O(d(n+r)) O(d(n+r)) O(d(n+r)) O(r) 是
折半插入排序 O(n2) O(n2) O(n2) O(1) 是

9、排序小结

1)n较小,采用直接插入排序或简单选择排序。

2)初始状态基本有序,采用直接插入排序或冒泡排序。

3)n较大,采用快速排序、堆排序、归并排序。

4)n较大,关键字位数较少,且可分解,采用基数排序。

10、外部排序通常采用归并排序方法。

1)外部排序所需总时间=内部排序所需时间+外存信息读写时间+内部归并所需时间

2)多路平衡归并

(1)败者树:完全二叉树且不含叶子,可采用顺序存储结构。

3)置换-选择排序:在整个排序过程中,选择最小(或最大)关键字和输入、输出交叉或平行进行。

4)最佳归并树

posted on 2020-04-28 10:09  xqy1874  阅读(673)  评论(0)    收藏  举报

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