幾種常見的排序演算法及其複雜度 氣泡排序(一)

2021-07-04 02:51:35 字數 2802 閱讀 5351

一、複雜度的概念

1、時間頻度

乙個演算法執行所耗費的時間,理論上是無法算出來的。因為這和執行環境的硬體有關。每一台機器上進行測試並不現實,實際上我們只需要知道哪些演算法執行快,哪些演算法執行慢就夠了。並且,乙個演算法花費的時間與演算法中語句執行的次數成正比。乙個演算法中語句的執行次數稱為語句品讀或者 事件頻度,記為t(n)(其中n是問題的規模)。

2、時間複雜度

上面提到的時間頻度t(n)是n的函式,我們想知道t(n)隨著n的變化呈現出什麼樣的變化規律,為此引入了時間複雜度的概念。

一般情況下,演算法中基本操作重複執行的次數是問題規模n的函式,記為t(n),若存在某輔助函式f(n),當n趨於無窮大時,t(n)/f(n)的極限值為不等於0的常數,則稱f(n)為t(n)的同量級函式,記為t(n) = o(f(n)),我們將o(f(n))叫做演算法的漸進時間複雜度,簡稱時間複雜度。

1) 若演算法中語句執行次數為乙個常數,則時間複雜度為o(1)。

2)時間頻度不同的時候,時間複雜度可能相同。如t(n) = n^2+3*n+4與t(n) = 4*n^2+2*n+1的時間複雜度相同都是o(n^2)。

3)時間複雜度越大,演算法的執行效率越低。我們主要用演算法時間複雜度的數量級(即演算法的漸進時間複雜度)評價乙個演算法的時間效能。

二、幾種常見的排序演算法及其複雜度

1、氣泡排序(bubble sort)

依次比較相鄰的兩個數,將小數放在前面,大數放在後面。這樣小數像氣泡一樣不斷上公升,大數下沉。

比較流程:

a. 第一趟:首先比較第1個和第2個數,將小數放前,大數放後。然後比較第2個數和第3個數,將小數放前,大數放後。直至比較最後兩個數將小數放前,大數放後。這樣,最大的數放到了最後。

b.第二趟:對前n-1個數執行a步驟中的比較

c.直到整個序列有序。

**示例:

void bubblesortmethod(int arr)

}if (!bdidswap)

}}

我們來看一下每個語句的執行次數: 

最好的情況下,假設序列是正序的:

語句const

times

i=0c1

1ic2

1i++c30

bdidswap = falsec41

j=0c5

1jc6

n-1j++

c7n-2

arr[j]>arr[j+1]

c8n-1

swap(arr[j],arr[j+1])c90

bdidswap = true

c100

break

c111

t(n) = c1[1] + c2[1] + c3[0] + c4[1] + c5[1] + c6[n-1] + c7[n-2] + c8[n-1] + c9[0] + c10[0] + c11[1] = 3*n+1,故最好的情況下時間複雜度為o(n)。

最壞的情況下,假設序列是逆序排列的:

語句const

times

i=0c1

1ic2

ni++

c3n-1

bdidswap = falsec4n

j=0c5

njc6

n(n-1)/2

j++c7

(n-1)(n-2)/2

arr[j]>arr[j+1]

c8(n-1)(n-2)/2

swap(arr[j],arr[j+1])

c9(n-1)(n-2)/2

bdidswap = true

c10(n-1)(n-2)/2

break

c110

t(n) = c1[1] + c2[n] + c3[n-1] + c4[n] + c5[n] + c6[n(n-2)/2] + c7[(n-1)(n-2)/2] + c8[(n-1)(n-2)/2] + c9[(n-1)(n-2)/2] + c10[(n-1)(n-2)/2] + c11[0] = 5/2*n^2 -3*n +4,故最壞的情況下時間複雜度為o(n^2)。

一般情況,假設第k趟(k語句

const

times

i=0c1

1ic2

ki++

c3k-1

bdidswap = falsec4k

j=0c5

kjc6

(2n-k-1)k/2

j++c7

(2n-k+1)k/2

arr[j]>arr[j+1]

c8(2n-k-1)k/2

swap(arr[j],arr[j+1])

c9(2n-k-1)k/2

bdidswap = true

c10(2n-k-1)k/2

break

c111

t(n) = c1[1] + c2[k] + c3[k-1] + c4[k] + c5[k] + c6[(2n-k-1)k/2] + c7[(2n-k+1)k/2] + c8[(2n-k-1)k/2] + c9[(2n-k-1)k/2] + c10[(2n-k-1)k/2] + c11[1] = 5k*n-5/2*k^2 + 5/2*k +1,

假設k為1~n-1之間任何乙個值的概率是n/1,則平均時間複雜度為(t(n)[k=1]+t(n)[k=2]+……+t(n)[k = n-1])/n =5/3*n^2 + 5/6 -5/2 *1/n, 故平均情況下時間複雜度為o(n^2)。

2、氣泡排序——好搜百科

3、常用排序演算法及時間複雜度——csdn部落格

4、經典排序演算法集錦——

5、氣泡排序最佳情況下的複雜度為什麼是o(n)——

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