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資料結構導論之第七章排序

2020-09-17 12:09:25 其他

一、概念

資料排序 :排序就是將一組物件按照規定的次序重新排列的程序,排序往往是為檢索服務的,

穩定排序 :若排序后,相同關鍵字的記錄保持它們原來的相對次序,則此排序方法稱為穩定排序;穩定性是排序方法本身的特性,與資料無關,

排序型別:

  • 內部排序: 全部資料存于記憶體;
  • 外部排序: 需要對外存進行訪問的排序程序

排序指標(排序演算法性能分析):

  • 存盤空間
  • 比較次數

二、插入排序

常用的插入排序方法有直接插入排序折半插入排序表插入排序希爾排序

直接插入排序(Straight Insertion Sorting)是一種簡單的排序方法,它的基本思想是依次將每個記錄插入到一個已排好序的有序表中去,從而得到一個新的、記錄數增加 1 的有序表,直接插入排序類似圖書館中整理圖書的程序,

// R 待排序的表  n是表長
void StraightlnsertSort(List R,int n){ 
    int i,j; 
    for (i=2;i<=n;i++){ 
        R[0]=R[i];//第 i 個記錄復制為崗哨
        j=i-1;
        while (R[0].key<R[j].key){ //與崗哨比較,直至鍵值不大于崗哨鍵值
            R[j+1]=R[j]; //將第 j 個記錄賦值給第 j+1 個記錄
            j--; 
        }
        R[j+1]=R[0]; //將第 i 個記錄插入到序列中
    }
}

記錄 R[0]有兩個作用,其一是進入查找回圈之前,它保存了 R[i]的值,使得不致于因 記錄的后移而丟失 R[i]中的內容;其二是起崗哨作用,在 while 回圈中“監視”陣列下標 變數 j 是否越界,一旦越界(即 j<1), R[0]自動控制 while 回圈的結束,從而避免了在 while 回圈中每一次都要檢測 j 是否越界,這一技巧的應用,使得測驗回圈條件的時間大 約減少一半,

演算法分析:直接插入排序的演算法簡單,易于理解,容易實作,時間復雜度為 O(n2 ),若待排序記錄 的數量很大時,一般不選用直接插入排序,從空間來看,它只需要一個記錄的輔助空間,即 空間復雜度為 O(1), 直接插入排序方法是穩定的,

●存盤空間 n+1;(1為附加空間),空間復雜度 O(1)
●時間復雜度 O(n^ 2) ,如果給出的待排序表是順序的,則時間復雜度最好 O(n)
●穩定性:穩定排序;

 

三、交換排序

交換排序的基本思想:比較兩個記錄鍵值的大小,如果這兩個記錄鍵值的大小出現逆 序,則交換這兩個記錄,這樣將鍵值較小的記錄向序列前部移動,鍵值較大的記錄向序列 后部移動,

交換排序包括:冒泡排序和快速排序,

1、冒泡排序:

基本思想: 通過多次重復比較、交換相鄰記錄而實作排序;每一趟的效果都是將當前鍵值最大的記錄換到最后

在演算法實作時,定義一個整型變數 endsort,在每一次排序之前,先將它置為 0,若 在一趟起泡中交換了記錄,則將它置為 1,當一次回圈結束時,我們再檢查 endsort,若 endsort 的值為 0 便終止演算法,

// R 待排序的表  n是表長
void BubbleSort(List R,int n){
    /*endsort:標志檔案是否已排好序*/
    for( i=1; i<=n-1; i++ ){ 
        endsort=0; /*若回圈中記錄未作交換,則說明序列已有序*/
        for( j=1; j<=n-i-1; j++ ){
            if( R[j].key > R[j+1].key ){
                temp=R[j]; 
                R[j]=R[j+1]; 
                R[j+1]=temp;
                endsort=1;
            }
        }
        if(endsort==0) break;
    }
}
  • 時間復雜度: O(n2 ) 、如果是排好序的表 O(n)
  • 空間復雜度 :O(1) 
  • 穩定性:穩定排序,

2、快速排序(Quick Sorting)是交換排序的一種,實質上是對冒泡排序的一種改進;首先取第一個記錄,將之與表中其余記錄比較并交換,從而將它放到記錄的正確的最終位置,使記錄表分成兩部分{其一(左邊的)諸記錄的關鍵字均小于它;其二(右邊的)諸記錄的關鍵字均大于它};然后對這兩部分重新執行上述程序,依此類推,直至排序完畢

 

 四、選擇排序

選擇排序(Selection Sorting)的基本思想:每一次在 n-i+1(i=1,2,…,n-1)個記錄中 選取鍵值最小的記錄作為有序序列的第 i 個記錄,

分類:直接選擇排序和堆排序

 1.直接選擇排序

直接選擇排序演算法的基本思想:在第 i 次選擇操作中,通過 n-i 次鍵值間比較,從 n-i+1個記錄中選出鍵值最小的記錄,并和第 i(1≤i≤n-l)個記錄交換,

void SelectSort (List R,int n){ 
    int min,i,j;
     //每次回圈,選擇出一個最小鍵值
    for(i=1;i<=n-1;i++){ 
        min=i; //假設第 i 個記錄鍵值最小
        for (j=i+1;j<=n;j++){
            if (R[j].key<R[min].key){
                min=j;//記錄下鍵值較小記錄的下標
            } 
      };
if (min!=i){ swap(R[min],R[i]); //將最小鍵值記錄和交換第 i 個記錄交換 } } }

2、堆排序

建堆(篩選法):

  • 1)方法:
  • 設記錄{ R 1 , R 2 , …., R n }
  • (1)順序輸入成完全二叉樹(以陣列存盤)
  • (2)從最后一個雙親開始,如果有較小的孩子,則將其沿左或右孩中小的那個方向篩下,一直到不能再篩;
  • (3)逐次處理完每個雙親,

對排序的特點:

  • 在堆排序中,對于 n 個記錄進行序所需的平均時間是 O(nlog2n),
  • 在最壞情況下,其 時間復雜度也為 O(nlog2n),
  • 相對于快速排序來說,這是堆排序的最大優點,
  • 堆排序 僅需一個記錄大小的供交換用的輔助存盤空間,O(1)
  • 堆排序是不穩定的,

五、歸并排序 

歸并排序(Merge Sorting)是與插入排序、交換排序、選擇排序不同的一類排序方法,其不 同之處在于要求待排序列是由若干個有序子序列組成,歸并的含義是將兩個或兩個以上的有 序表合并成一個新的有序表,合并的方法是比較各子序列的第一個記錄的鍵值,最小的一個 就是排序后序列的第一個記錄的鍵值,取出這個記錄,繼續比較各子序列現有的第一個記錄 的鍵值,便可找出排岸后的第二個記錄,如此繼續下去,最終可以得到排序結果, 因此歸并排序的基礎是合并,

分類:

  • 有序序列的合并
  • 二路歸并排序

 歸并排序演算法的時間復雜度為 O(nlog2n),由于要用到和待排記錄等數量的陣列 b 來存放結 果,所以實作歸并排序需要附加一倍的存盤開銷,二路歸并排序是穩定的,在 n 較大時,歸并排序的時間性能優于堆排序,但它所需的輔助存盤量較多,O(n)

 

 

 

 

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