一天一个经典算法:选择排序算法

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选择排序是一种简单直观的排序算法。原理也比较简单,首先在未排序的序列中找到最小/最大元素,存放到排序序列的起始位置。然后再从剩余未排序元素中继续寻找最小/最大元素,然后放到已排序序列的末尾。然后直到所有元素全部排序完成。

选择排序的主要优点与数据移动有关。如果某个元素位于正确的最终位置上,它不会被移动。选择排序每次交换一对元素,它们当中至少有一个将被移到其最终位置上,因此对n个元素的表进行排序总共进行至多(n-1)次交换。

选择排序算法维护了两个子数组:已经排序的子数组,未排序的剩余子数组。

伪代码:

arr[] = 64 25 12 22 11

// 查找 arr[0...4] 中的最小元素
// 并将其放在开头
11 25 12 22 64

// 查找 arr[1...4] 中的最小元素
// 并将其放在 arr[1...4] 的开头
11 12 25 22 64

// 查找 arr[2...4] 中的最小元素
// 并将其放在 arr[2...4] 的开头
11 12 22 25 64

// 查找 arr[3...4] 中的最小元素
// 并将其放在 arr[3...4] 的开头
11 12 22 25 64

Java示例:

class SelectionSort
{
    void sort(int arr[])
    {
        int n = arr.length;
  
        // 遍历未排序数组
        for (int i = 0; i < n-1; i++)
        {
            // 在未排序的数组中查找最小元素
            int min_idx = i;
            for (int j = i+1; j < n; j++)
                if (arr[j] < arr[min_idx])
                    min_idx = j;
  
            // 将找到的最小元素与第一个元素交换
            int temp = arr[min_idx];
            arr[min_idx] = arr[i];
            arr[i] = temp;
        }
    }
  
    // 打印数组
    void printArray(int arr[])
    {
        int n = arr.length;
        for (int i=0; i<n; ++i)
            System.out.print(arr[i]+" ");
        System.out.println();
    }
  
    public static void main(String args[])
    {
        SelectionSort ob = new SelectionSort();
        int arr[] = {64,25,12,22,11};
        ob.sort(arr);
        System.out.println("排序后的数组为:");
        ob.printArray(arr);
    }
}

输出: 排序后的数组为:11 12 22 25 64

复杂度分析

选择排序的交换操作介于0和(n-1)次之间。选择排序的比较操作为n(n-1)/2次。选择排序的赋值操作介于0和3(n-1)次之间。

比较次数O(n^2),比较次数与关键字的初始状态无关,总的比较次数N=(n-1)+(n-2)+...+1=n*(n-1)/2。交换次数O(n),最好情况是,已经有序,交换0次;最坏情况是,逆序,交换n-1次。交换次数比冒泡排序较少,由于交换所需CPU时间比比较所需的CPU时间多,n值较小时,选择排序比冒泡排序快。

原地操作几乎是选择排序的唯一优点,当空间复杂度要求较高时,可以考虑选择排序;实际适用的场合非常罕见。