数据结构与算法系列十(排序算法概述)

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在前面两篇,我们详细看了常用算法的第一个主题:递归。接下来我们来看常用算法的第二个主题:排序。排序内容有点多,常见的排序算法就有:冒泡排序、插入排序、选择排序、归并排序、快速排序、桶排序、计数排序、基数排序。

这些排序算法中,不知道有没有你熟悉的,或者不熟悉的。让我们开启排序算法之旅吧。首先第一篇中,我们先来对排序算法做一个总体上的认识。

#考考你:
1.你知道常用的排序算法有哪些吗?
2.你知道如何衡量排序算法的优劣吗?
3.你知道排序算法的基础概念:有序度、逆序度、满有序度吗?

案例

排序算法分类

在考考你中,我们说排序算法有:冒泡排序、插入排序、选择排序、归并排序、快速排序、桶排序、计数排序、基数排序。这样看起来有点散乱,能不能给它们归一下类呢?答案是可以的。

对于排序算法,我们可以从时间复杂度上进行归类

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从三个角度分析排序算法

在实际软件开发中,有众多的排序算法,如何选择和取舍呢?真的会有选择困难症啊!有没有一些好的、可行的方法,去综合衡量排序算法的优劣呢?

答案是:

我们可以从三个角度去综合分析排序算法:时间复杂度空间复杂度算法稳定性

#时间复杂度
  1.分析最好情况、最坏情况、平均情况时间复杂度
  2.复杂度分析中,关于系数、常数、低阶平常可以省略
  3.但是,需要特别注意:在排序算法中,我们需要考虑进来

#空间复杂度
  1.空间复杂度分析,主要看是否是:原地排序算法
  2.原地排序算法,是指:空间复杂度是O(1)
  3.注意:在实际软件开发中,这一条很重要

#算法稳定性
  1.算法稳定性,是指如果待排序序列中,有值相同的元素
  2.如果经过排序后,原来值相同的元素,顺序保持不变
  3.那么我们说,该排序算法是稳定的排序算法
  4.否则,该排序算法是不稳定排序算法
  
  5.比如,有一个待排序序列:3,6,5,2,6,8
  6.待排序序列中,有两个值为6的元素
  7.假设用数组a来存储,对应的下标是:a[1]=6,a[4]=6
  8.排序后:a[3]=6,a[4]=6
  9.这里的a[3]是排序前的a[1]
  10.这里的a[4]还是排序前的a[4]
  11.这就是稳定排序算法的要求,如下图:

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排序基础概念:有序度、逆序度、满有序度

在排序算法中,我们需要关注三个基础概念:有序度逆序度满有序度

整个排序过程,我们可以理解为:增加有序度,减少逆序度,最终达到满有序度的过程

那么,它们具体的含义是什么呢?

#有序度:
  待排序序列中,如果下标索引:i<j,且a[i]<a[j],则称为有序度
#逆序度
  待排序序列中,如果下标索引:i<j,且a[i]>a[j],则称为逆序度
#满有序度
  1.待排序序列中,如果有序度达到:n(n-1)/2,则称为满有序度
  2.即此时待排序序列,其实是有序的

以上关于有序度逆序度的概念,相信很多朋友都能理解。这里我们解释一下关于满有序度的公式:n(n-1)/2

要理解满有序度的概念,你可能需要回顾一下数学中的:排列、组合知识点,应该是在高二的时候学的,可以这样去理解它们:

#排列:
  1.有n个元素,如果每两个元素,组成一个排列
  2.则总共有排列数:n(n-1)
  3.比如,有3个元素:a b c
  4.每两个元素组成排列数是:3*(3-1)=6
  5.组成的排列有:(a,b) (a,c) (b,a) (b,c) (c,a) (c,b)
  
#组合:
  1.有n个元素,如果每两个元素,组成一个组合
  2.则总共有组合数:n(n-1)/2
  3.比如,有3个元素:a b c
  4.每两个元素组成的组合数是:3(3-1)/2=3
  5.组成的组合有:(a,b) (a,c) (b,c)
  
#综合结论:
   1.假设待排序序列有n个元素
   2.如果有序度,等于每2个元素的组合数:n(n-1)/2
   3.那么该待排序序列,其实是有序的
   4.这就是满有序度的概念