算法 排序算法之交换排序--冒泡排序和快速排序
来源:互联网 发布:软件研发的职业规划 编辑:程序博客网 时间:2024/05/20 14:18
交换排序
利用交换数据元素的位置进行排序的方法称为交换排序
常用的交换排序方法有
- 冒泡排序
- 快速排序
其中快速排序是一种分区交换方法[分治]
冒泡排序[相邻交换 一次交换只能消除一个逆序]
基本思想
设数组a中存放了n个数据元素,循环进行n-1次排序
第一次,依次比较相邻两个元素a[i]和a[i+1],若为逆序,则交换两个元素,这样进行n-1次排序后数值最大的数据放在数组的末尾
第二次时,数据元素个数减1,操作方法与第一次类似,进行n-2次比较
排序过程
代码实现
有些待排序元素已经基本有 因此可以设置一个flag变量用于标记本次排序过程是否有交换动作,若没有则说明已经排好序,就可提前结束排序过程
Java代码
/** * 冒泡排序 */ public static void bubbleSort(int[] arr) { int temp; /*设置一个flag变量用于标记本次排序过程是否有交换动作,若没有则说明已经排好序,就可提前结束排序过程*/ boolean flag = false; for (int i = 1; i < arr.length && !flag; i++) { flag = true; for (int j = 0; j < arr.length - i; j++) { if (arr[j] > arr[j + 1]) { flag = false; temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } }
C代码实现
void BubbleSort(Datatype a[],int n){ int i,j,flag=1; DataType temp; for (i=1;i<n&&flag==1;i++){ flag = 0; for (j=0;j<n-1;j++){ if (a[j+1]<a[j]){ temp = a[j]; a[j] = a[j+1]; a[j+1] = temp; flag = 1; } } } }
算法分析
最好情况时间复杂度:
- 集合全部有序,每次都因无交换而退出,此时循环n-1次,时间复杂度为O(n);
最坏情况:
- 集合全部逆序存放,第一次比较n-1次,第二次比较n-2…最后比较1次,总的比较次数按照求和运算是n*(n-1)/2
- 移动次数是3n*(n-1)/2
平均时间复杂度
- 时间复杂度是O(n^2);
空间复杂度
- 没有使用额外的空间 因此空间复杂度是O(1)
稳定性
- 显然冒泡排序是一种稳定的排序算法
快速排序[不相邻交换 一次交换可能消除多个逆序]
快速排序是一种二叉树结构的交换排序方法
基本思想
设数组a中存放了n个数据元素,low为低端下标,high为高端下标
从数组中任取一个元素作为标准(一般取a[low]) 调整各个元素的位置,使排在标准元素之前的元素小于标准元素,排在后面的大于标准元素
一趟排序后,标准元素位置确定,且数组分为两个子数组,再分别最两个子数组进行方法类同的递归排序
递归的出口是high>low
排序过程
算法实现
C代码
void QuickSort(DataType a[],int low,int high){ int i=low,j=high; DataType temp = a[low]; while (i<j){ while (i<j&&temp<=a[j]){//在数组右端扫描 j--; } if (i<j){ a[i++]=a[j]; } while (i<j&&a[i]<temp){//在数组左端扫描 i++; } if (i<j){ a[j--]=a[i]; } } a[i] = temp; if (low<i){//对左端子集合进行递归 QuickSort(a,low,i-1); } if (i<high){//对右端子集合进行递归 QuickSort(a,i+1,high); } }
Java代码实现
public static void quickSort(int[] arr, int head, int tail) { if (head < tail) { int left = head, right = tail; int key = arr[head]; while (left < right) { /*从右往左找出比key小的数*/ while (left < right && arr[right] >= key) { right--; } if (left < right) { /*找到的数放在left位置*/ arr[left++] = arr[right]; } /*此时从左往右遍历出比key大的数*/ while (left < right && arr[left] < key) { left++; } if (left < right) { /*找到的数放在right位置*/ arr[right--] = arr[left]; } } arr[left] = key; //递归遍历 quickSort(arr, head, left - 1); quickSort(arr, left + 1, tail); } }
算法分析
最好情况时间复杂度
- 每次选取的标注元素都可以均分成两个子数组,此时是一个完全二叉树结构,每次比较的次数都接近n-1 因此时间复杂度是O(nlog2n)
最坏情况时间复杂度
- 当数组全部有序时,每次都分解成二叉退化树[单分支二叉树],时间复杂度O(n^2)
平均时间复杂度
- 平均时间复杂度O(nlog2n)
空间复杂度
- 需要堆栈空间临时保存递归调用函数 堆栈空间的使用个数和递归调用的次数有关。最好情况是O(nlog2n),最坏情况是O(n),平均空间复杂度O(log2n)
稳定性
- 快速排序是不稳定的排序算法
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